CN1946342A - 锥束相干散射计算机断层摄影装置 - Google Patents

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Abstract

已知的相干散射CT扫描器使用扇束。然而，这需要附加的校准装置，并且这减少了施加于探测器的光子通量。因此，可能需要较长的测量时间。此外，几何结构与已知的锥束CT扫描器不兼容。根据本发明的一个典型实施例，提供一种使用能量分辨探测器的锥束CSCT扫描器，所述能量分辨探测器具有布置在所述探测器上的准直器，该准直器允许散射函数的空间分辨重建。有利地，这可以允许在行李检查或医学应用中扫描速度的提高。

Description

锥束相干散射计算机断层摄影装置
本发明涉及相干散射计算机断层摄影(CSCT)的领域，其中诸如x射线之类的辐射被施加于感兴趣对象。特别地，本发明涉及一种用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影装置，涉及一种用于检查感兴趣对象的锥束计算机断层摄影装置的散射辐射单元，以及涉及一种执行锥束相干散射计算机断层摄影扫描的方法。
US 4,751,722描述了一种基于下述原理的设备：相对于X射线能量大约为100keV的射束的方向在1°-12°的角内配准相干散射辐射的角分布。如在US 4,751,722中所述，弹性散射辐射的主要部分集中在小于12°的角内，并且散射辐射具有与明显最大值有关的特征角，其位置由辐射物质自身确定。由于小角度内相干散射辐射的强度分布取决于物质的分子结构，所以具有同等吸收能力的不同物质(它们不能用常规透射法或CT进行区分)可以根据每种物质特有的相干辐射的角散射的强度进行辨别。
由于这种系统辨别不同对象材料的能力的提高，所以这种系统在医学或工业领域中得到了越来越多的应用。
小角度散射的主要成分是相干散射。因为相干散射显示出取决于散射样本的原子排列的干涉效应，所以相干散射计算机断层摄影(CSCT)原则上是用于成像2D对象截面(section)上组织的分子结构的空间变化的敏感技术。
Harding等人的“Energy-dispersive x-ray diffraction tomography”Phys.Med.Biol.，1990，Vol.35，No.1，33-41描述了一种能量分散x射线衍射断层摄影(EXDT)，它是一种基于相干x射线散射在固定角的能量分析的断层摄影成像技术，所述相干x射线散射通过多色辐射在对象内被激发。
根据该方法，通过使用合适的孔径系统产生辐射束，所述孔径系统具有铅笔的形式，因此也被称为笔形射束。与笔形射束结构相对，适合于能量分析的一个探测器元件被布置成用于探测由感兴趣对象改变的笔形射束。
由于仅仅与一个或几个探测器元件相结合来使用笔形射束，所以仅仅可以测量由辐射源发射的有限数量的光子，因此仅仅可以测量减少的信息量。如果EXDT被应用于较大对象，例如行李件，则EXDT必须以扫描模式来使用，因此导致极长的测量时间。
与CT相结合来应用扇束原(primary)扇和二维探测器的相干扫描结构在US 6,470,067B1中进行了描述，因此克服了与EXDT扫描模式有关的长测量时间。与多色源相结合的角分散结构的缺点在于模糊散射作用，其例如在Schneider等人的“Coherent Scatter ComputedTomography applying a Fan-Beam Geometry”Pro.SPIE，2001，Vol.4320754-763中进行了描述。
仍然存在对快速相干散射CT的需要。
本发明的目的是提供一种快速相干散射计算机断层摄影装置。
根据如权利要求1中所述的本发明的一个典型实施例，提供一种用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影装置，其中所述计算机断层摄影装置包括辐射源、用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射的散射辐射探测器以及第一准直器。所述散射辐射探测器与所述辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移，所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源。散射辐射具有多个区域。每个区域包括至少一个第一探测器元件。第一探测器元件是能量分辨(resolving)探测器元件。第一准直器适于使得射在所述多个区域的各个区域的所述至少一个第一探测器元件上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射。所述辐射源适于产生锥束辐射。
换句话说，根据本发明的该典型实施例的一个方面，提供一种应用锥束的CSCT装置。为了允许所接收的散射辐射的空间分配，与能量分辨散射辐射一起提供第一准直器，从而保证了仅仅相对于辐射源和相对于感兴趣对象具有预定角的散射辐射射到散射辐射探测器的各个探测器元件上。因此，能量分辨探测器，即散射辐射探测器，测量从感兴趣对象的预定截面散射的散射辐射的能量分布。所述预定截面由准直器的排列即准直器的焦点的排列确定。由此，可以确定具有空间分辨率的相干散射函数。
有利地，由于使用了锥束，因此可以大大减少所需的扫描时间。
根据如权利要求2中所述的本发明的另一典型实施例，第一准直器包括第二准直器和第三准直器。第二准直器被聚焦在辐射源，而第三准直器被聚焦在感兴趣对象的所述截面。通过将第一和第二准直器布置在散射辐射探测器之上的层中，或者相对于辐射源依次布置，射在散射辐射探测器的各个探测器元件上的辐射可以被限制在感兴趣对象的预定小截面或区域中散射的辐射。换句话说，通过应用第二和第三准直器，可以实现第一准直器，以使与第一准直器相关的散射辐射探测器的每个探测器元件具有感兴趣对象的预定“视线”。
根据如权利要求3中所述的本发明的另一典型实施例，通过使用薄片(lamella)实现第二和第三准直器，其被聚焦在用于第二准直器的辐射源并且被聚焦在感兴趣对象的感兴趣截面，以使与第一准直器的各个部分相关的各个探测器元件的“观察(view)”具有预定视线。
根据如权利要求4中所述的本发明的另一典型实施例，借助于包括孔的狭缝准直器实施第二和第三准直器，对于每个相应区域或对于与其相关的每个相应探测器元件，它们被分别聚焦在辐射源和感兴趣对象的所述截面。这可以允许具有简单且鲁棒布置的第一准直器。
根据如权利要求5中所述的本发明的另一典型实施例，原辐射探测器被提供在中心平面中以用于接收由感兴趣对象衰减的原辐射。有利地，这可以允许在相同的时间，即在相同的扫描期间收集散射辐射数据和衰减数据，以及允许使用衰减数据补偿散射辐射数据。有利地，这可以允许非常精确的扫描结果。
根据如权利要求6中所述的本发明的另一典型实施例，能量分辨元件是直接转换半导体单元，以及原辐射单元是闪烁体单元。
根据如权利要求7中所述的本发明的另一典型实施例，散射辐射探测器和原辐射探测器被集成为一个探测器单元或者被布置成独立探测器单元，它们也可以被独立地附着到计算机断层摄影装置。
根据如权利要求8中所述的本发明的另一典型实施例，提供一种散射辐射单元，该散射辐射单元可以被布置在用于检查感兴趣对象的锥束计算机断层摄影装置中。所述散射辐射单元包括散射辐射探测器和第一准直器。散射辐射探测器适于附着到锥束计算机断层摄影装置，以使散射辐射探测器被布置成用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射。第一准直器适于与散射辐射探测器一起布置。散射辐射探测器适于与锥束计算机断层摄影装置的辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移，所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源。
散射辐射探测器具有多个区域，其中每个区域具有至少一个第一探测器元件。第一探测器元件是能量分辨探测器元件。第一准直器适于使得射在所述多个区域的各个区域的所述至少一个第一探测器元件上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射。所述辐射源适于产生锥束辐射。
有利地，该散射辐射单元可以被布置在已知的锥束CT扫描器中，以使诸如从US 6,269,141 B1中获知的已知锥束CT扫描器可以被有利地转换为锥束CSCT扫描器。不需要原辐射孔径系统。
这可以允许非常简单的构造，而且可以允许将已知的锥束CT扫描器升级到锥束CSCT扫描器。
根据如权利要求9中所述的本发明的另一典型实施例，第一准直器包括第二和第三准直器，从而允许散射辐射探测器的能量分辨单元的视线对着感兴趣对象的预定截面。
应当注意，优选地，散射辐射探测器的每个能量分辨探测器元件具有它自己的视线或小的视体积，其在感兴趣区域内并不交叉。视线的宽度确定锥束CSCT装置的空间分辨率。
根据如权利要求10中所述的本发明的另一典型实施例，借助于相应布置的薄片实现第二和第三准直器。这可以允许散射辐射单元的简单布置。
根据如权利要求11中所述的本发明的另一典型实施例，可以借助于狭缝准直器实现第二和第三准直器。
根据如权利要求12中所述的本发明的另一典型实施例，散射辐射单元适于与锥束辐射探测器的原辐射探测器一起布置。为此，例如散射辐射单元也包括原辐射探测器，以使例如当锥束CT被转换为锥束CSCT时，整个探测器单元被交换。然而，散射辐射单元也可以不带有原辐射探测器，以使为了将锥束CT升级到锥束CSCT，仅仅散射辐射单元被相应布置在锥束CT装置中。
根据如权利要求13中所述的本发明的另一典型实施例，散射辐射探测器的能量分辨探测器元件是直接转换半导体单元。
根据如权利要求14中所述的本发明的另一典型实施例，提供一种利用用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影装置来执行锥束相干散射计算机断层摄影扫描的方法。根据该方法，提供辐射源。提供散射辐射探测器以用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射。而且，提供第一准直器。散射辐射探测器与辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移，所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源。散射辐射探测器具有多个区域，每个区域具有至少一个第一探测器元件，优选地所述第一探测器元件被构成为能量分辨探测器元件。第一准直器适于使得射在所述多个区域的一个区域上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射。换句话说，第一准直器可以适于使得与一个区域相关的能量分辨探测器的每个区域总是具有相对于感兴趣对象的视线，以使仅仅在感兴趣对象的这种截面内散射的散射辐射射到这些能量分辨探测器元件上。
根据该方法的该典型实施例，辐射源被赋能以便产生锥束辐射。然后，确定来自散射辐射探测器的读数。来自散射辐射探测器的读数受到吸收校正。随后，在所校正的读数的基础上执行相干散射函数的重建。
有利地，可以提供一种非常快速的方法。
根据如权利要求15中所述的本发明的另一典型实施例，通过使用布置在中心平面中的原辐射探测器的读数来确定感兴趣对象的衰减系数。然后，在衰减系数的基础上为来自散射辐射探测器的读数的吸收校正确定参数。这可以允许非常精确的扫描结果，例如允许重建图像的良好图像质量。
根据如权利要求16中所述的本发明的另一典型实施例，操作辐射源，以使原辐射探测器和散射辐射探测器基本上同时受到从辐射源发射的锥束辐射。
由于同时收集衰减数据和散射数据，所以可以提供一种快速的扫描方法。
可以把提供一种锥束CSCT看作本发明的典型实施例的要旨。通过与例如二维能量分辨探测器相结合来使用例如二维准直器，由锥束照射的感兴趣对象的散射函数的重建会是可能的。有利地，这可以允许与锥束CT的兼容性，即例如用于独立(扇束)原射束的附加狭缝不再是必要的。代之以，根据本发明的一个典型实施例，同时测量锥束透射CT和锥束CSCT。根据一个方面，通过用附加能量分辨探测器单元装备常规锥束CT扫描器可以将锥束CSCT功能添加到常规锥束CT扫描器上，所述附加能量分辨探测器单元也包括根据本发明的准直器。
根据下文所述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并将参考所述实施例对其进行阐明。
参考附图，将在下面描述本发明的典型实施例。
图1示出根据本发明的锥束相干散射计算机断层摄影装置的一个典型实施例的示图。
图2示出用于测量相干散射辐射的图1的计算机断层摄影装置的几何结构的一个示图。
图3示出图1的计算机断层摄影装置的几何结构的另一示图。
图4a示出在中心平面中的图1的计算机断层摄影装置的准直器的辐射源和探测器布置的示图。
图4b示出中心平面之上的侧视图的一个示图，以用于进一步解释根据本发明的一个典型实施例的准直器的辐射源和探测器的布置。
图5示出根据本发明的一个典型实施例的辐射源、散射辐射和原辐射的布置的中心平面的侧视图的另一示图。
图6示出根据本发明的一个典型实施例的测量几何结构的另一示图，其可以应用于根据本发明的计算机断层摄影装置。
图7示出散射角与离源距离的曲线图，其描绘了独立于相互作用点离辐射源的距离而计算散射角的例子。
图8示出操作根据本发明的计算机断层摄影装置的一个典型实施例的方法的简化流程图。
图9示出重建例程的图，其可以应用于在图8中所示的方法的步骤S16。
在图1-9的以下描述中，相同的参考数字被用于相同或相应的元件。
图1示出根据本发明的锥束相干散射计算机断层摄影装置(锥束CSCT)的一个典型实施例。参考该典型实施例，本发明将被描述成应用于行李检查以探测行李物品中的危险材料，例如爆炸物。然而，必须注意，本发明并不限于行李检查的领域，而是也可以用于其它工业或医学应用，例如医学应用中的骨成像或组织类型的鉴别。而且，应当注意，本发明并不限于具有旋转机架的扫描器。它也可以应用于具有固定机架的扫描器。
如上所述，图1中所示的计算机断层摄影装置是锥束相干散射计算机断层摄影装置(CSCT)，它与能量分辨探测器以及与断层摄影重建相结合以对于多色锥束允许良好的光谱分辨率。图1中所示的计算机断层摄影装置包括可围绕旋转轴2旋转的机架1。机架1由电机3驱动。参考字符4表示辐射源，例如x射线源，其适于发射锥束辐射6。
锥束6被引导以使它穿过布置在机架1的中心即计算机断层摄影的检查区域中的行李物品7，并且射到布置在探测器8上的准直器10上。从图1中可以得到，准直器10和探测器8与辐射源4相对布置在机架1上，以使中心平面5横切辐射源4，并且行李物品7优选横切探测器8中心的行或线。图1中所示的探测器8具有多个探测器行，每行包括多个探测器元件。由于图1的探测器中的准直器的布置，所以探测器8的表面被准直器10覆盖，以使在图1中探测器的探测器元件的布置被覆盖。
探测器8包括两种类型的辐射探测器行：第一种类型的探测器行30和34，它们是由能量分辨探测器单元组成的探测器行。它们被布置成使得它们在探测器8的表面外部，所述表面受到锥束6的直接照射。根据本发明的一个方面，这些第一探测器元件(行30和34)是能量分辨探测器元件。优选地，能量分辨探测器元件是直接转换半导体探测器单元。直接转换半导体探测器单元直接将辐射转换成电荷而不闪烁。优选地，这些直接转换半导体探测器具有优于20％FWHM(即ΔE/E＜0.2)的能量分辨率，其中ΔE是探测器的能量分辨率的半高全宽(FWHM)。能量分辨探测器元件也可以以非有序的方式分布，即不成行。
行30和34的这样的探测器单元可以是基于碲化镉或CZT的探测器单元，它们都在锥束6的中心平面5的外部。换句话说，所有能量分辨行30和34与x射线源4相对地被布置在机架1处，并且在平行于旋转轴2的方向上从中心平面5偏移。探测器行30被布置成相对于图1中所示的旋转轴2的方向正偏移，而行34被布置成相对于图1中所示的旋转轴2的方向从中心平面负偏移。而且，如上所述，能量分辨探测器元件优选地被布置在未受到锥束6直接照射的探测器8的区域中，以使它们适于测量散射辐射，即从感兴趣物品7散射的辐射。
探测器行30和34被布置在机架1处，以使它们平行于中心平面5，并且在机架1的旋转轴2的正或负方向上偏移，以使它们接收或测量从计算机断层摄影装置的检查区中的行李物品7散射的散射辐射。因此，在下文中，行30和34也将被称为散射辐射探测器。
必须注意，代替在中心平面5的两侧上提供多个能量分辨行30和34，仅仅在中心平面5的一侧上提供数量减少的行也会是有效的。
因此，如果在下文中使用术语“散射辐射探测器”，那么它包括具有能量分辨探测器元件的二维布置的任何探测器，所述能量分辨探测器元件被布置在锥束6的中心平面5之外，以使它们接收从行李物品7散射的光子。
在探测器8上提供的第二种类型的探测器行是闪烁体单元。特别地，闪烁体单元的行15被布置在受到锥束6直接照射的探测器8的区域上。如图1中所示，行15可以被布置在由中心平面5横切的探测器的中心区域中。行15可以平行于中心平面5。换句话说，行15被布置成用于测量由辐射源发射的辐射的衰减，所述衰减由检查区中的行李物品7引起。
如相对于能量分辨行30和34所述，其中仅仅提供几个能量分辨行30或34就会是足够的，仅仅提供几行15测量由行李物品7导致的中心平面5中的锥束6的原射束的衰减就会是足够的。然而，与能量分辨行30和34的情况相同，提供多个探测器行15可以进一步增加计算机断层摄影装置的测量速度，每行包括多个闪烁体单元。在下文中，术语“原辐射探测器”将用来指探测器，包括用于测量锥束6的原辐射的衰减的至少一个闪烁体单元或类似的探测器单元。
优选地，探测器8的探测器单元被布置成行和列，其中所述列平行于旋转轴2，而所述行被布置在垂直于旋转轴2并平行于锥束6的中心平面5的平面中。
此外，可以提供孔径系统(未在图1中示出)以限制锥束5的尺寸，使得不会有过量辐射施加于行李物品7，即使得未射到探测器8上的辐射可以被去除。
在行李物品7的扫描期间，辐射源4和探测器8沿着机架1在用箭头16指示的方向上旋转。为了机架1与辐射源4和探测器8一起旋转，电机3被连接到电机控制单元17，该电机控制单元被连接到计算单元18。
在图1中，行李物品7被布置在传送带19上。在行李物品7的扫描期间，当机架1围绕行李物品7旋转时，传送带19可以沿着平行于机架1的旋转轴2的方向移动行李物品7。由此，可以沿着螺旋扫描路径扫描行李物品7。然而，也可以在扫描期间停止传送带19，由此测量单个切片。
探测器8被连接到计算单元18。计算单元18接收探测结果，即来自探测器8的探测器元件的读数，并且在来自探测器8即来自能量分辨行30和34以及用于测量锥束6的原辐射的衰减的行15的扫描结果的基础上确定扫描结果。除此之外，计算单元18还与电机控制单元17进行通信，以便使机架1与电机3和20或者与传送带19的运动相协调。
计算单元18可适于从原辐射探测器(即探测器行15)和散射辐射探测器(即行30和34)的读数重建图像。由计算单元18生成的图像可以通过接口22输出到显示器(未在图1中示出)。
此外，计算单元18可适于在行30和34以及15的读数的基础上探测行李物品7中的爆炸物。这可以通过从这些探测器行的读数重建散射函数并将它们与包括在先测量期间确定的爆炸物的特征测量值的表格进行比较而自动进行。如果计算单元18确定从探测器8读出的测量值与爆炸物的特征测量值匹配，那么计算单元18可以通过扬声器21自动输出警报。
如上所述，图1中的参考数字10表示准直器。准直器被布置在探测器8的探测器元件之上。准直器10被布置成使得每个探测器元件仅仅探测来自行李物品7的一个截面的具有射线形式的辐射。从行李物品7的被照射体积的横截面以及由各个探测器元件所看到的行李物品7的所述截面确定该射线。换句话说，如图1中所示可以是二维准直器的准直器10保证了可以由探测器探测仅仅具有预定角的散射辐射。换句话说，准直器10可以适于使得射到其中一个能量分辨探测器元件的探测器元件上的辐射基本上被限制在从行李物品7的预定截面散射的辐射。由于哪个探测器元件检查行李物品7的哪个截面是已知的这一事实，所以由各个能量分辨探测器元件测量的能量分布可以被分配给行李物品7中的预定坐标。因此，能量分辨探测器在预定视线测量来自行李物品7的预定截面的散射辐射的能量分布。由此，具有空间分辨率的相干散射函数可以由计算单元18确定。这将参考图2、3和4进一步详细描述。
图2示出图1中所示的CSCT扫描系统的几何结构的简化示图。从图2中可以得到，x射线源4发射锥束6，以使它包括在该情况下具有直径u的行李物品7并且覆盖整个探测器8。对象区域的直径例如可以是100cm。在该情况下，锥束6的角α可以是80°。在这种布置下，从x射线源4到对象区域的中心的距离v大约为80cm，以及探测器8即各个探测器单元离x射线源4的距离大约为w＝150cm。
图2示出切片的横截面图，其中锥束6从中心平面5偏移，使得图2中所示的切片横切其中一行30的能量分辨探测器元件。参考数字10表示准直器，其包括第一薄片40和第二薄片11。
从图2中可以得到，根据本发明的一个方面，探测器单元或行可以配备有薄片40(或准直器)，以避免单元或行测量具有不同散射角的不需要的辐射。也可以被称为准直器的薄片40也可以具有刀片的形式，其可以朝着辐射源4被聚焦。可以独立于探测器元件的间距来选择薄片的间距。
此外，如参考数字11所示，第二行薄片可以被提供在第一薄片40和探测器8之间。优选地，这些第二薄片被定向成使得它们被聚焦在行李物品7的预定截面。
由于各个薄片11和40的不同聚焦，所以可以保证仅仅具有固定预定角的辐射射到探测器上，并且每个探测器元件仅仅探测来自行李物品7的预定长圆形截面的散射辐射。
这将参考图4a和4b进一步详细描述。
图3示出用于图1的计算机断层摄影装置中的探测器几何结构的另一示图。如参考图1所述，探测器8可以包括多个能量分辨探测器行30和34以及用于测量由行李物品7导致的原锥束的衰减的多个行15。从图3中可以得到，优选地探测器8被布置成使得行15的中心行被横切并且平行于锥束6的中心平面5，由此测量原辐射的衰减。如由箭头42所示，x射线源4的辐射源和探测器围绕行李物品7一起旋转以采集来自不同角度的投影。如图3中所示，探测器8包括多列t。
代替弯曲探测器8，如图1、2和3中所示，也有可能使用平板探测器阵列。
图4a和4b示出根据本发明的一个典型实施例的辐射源、准直器和探测器布置的顶视图(4a)和横截面图(4b)，其可以用于例如参考图1描述的计算机断层摄影装置。
从图4a和4b中可以得到，能量分辨探测器元件30位于包括第一准直器部分60和第二薄片部分62的两部分准直器10之后。可以通过在第二准直器部分62中提供聚焦薄片64来实现空间分辨率的一部分。聚焦薄片64被聚焦在辐射源4处。此外，聚焦薄片64被布置成基本垂直于中心平面5。因此，仅仅被散射到中心平面5之外的光子可以由探测器行30(或34)的能量分辨探测器元件探测到。其它光子，即具有另一方向的光子，由第二准直器部分62的聚焦薄片64吸收。
因此，由行30和34的特定探测器元件探测的光子因此可以仅仅在探头的狭窄受限截面中被散射。这样的区域或截面由图4a和4b中的参考数字32指示。
空间分辨率的另一部分，即角分辨率，可以由包括更多薄片66的第一准直器部分60实现。这些也可以被聚焦的更多薄片66将各个能量分辨探测器元件的固定视线限定到行李物品7上。由此在一个特定探测器元件中探测的光子的起源被限制在对象的小部分上，基本上在一条线上。
由于提供了第一准直器部分60和第二准直器部分62，即由于提供了聚焦薄片64和66，可以实现仅仅相对于中心平面具有固定角Ф0的辐射射到各个能量分辨探测器元件上。此外，通过依次布置薄片64和66，可以实现每个探测器元件(或每组探测器元件)可以仅仅探测来自行李物品7的长圆形截面32的散射辐射。可以根据薄片64和66的布置来设置长圆形截面32的位置、方向和大小。
代替提供作为第一和第二准直器部分的薄片66和64，也可以借助于所谓的狭缝准直器实现准直器，其例如由带有聚焦孔的相对于x射线具有强吸收率的固体对象组成。在这些聚焦孔之后，可以提供各个能量分辨探测器元件。
代替固体对象，这种狭缝准直器也可以由多个打孔板实现。此外，可以由交叉薄片实现准直器(以及准直器部分60和62)。
通常，根据本发明的一个典型实施例，将实现准直器以使每个探测器像素仅仅具有一条“视线”。在带有孔的狭缝准直器的情况下，例如沿着探测器8的行，所述行可以聚焦到辐射源4上，而沿着探测器8的列，所有孔可以彼此平行，每个孔相对于中心平面限定常角Ф0。
优选地，仅仅为每个孔提供一个探测器元件。
从图4b可以得到，也可以提供常规CT探测器15，其例如可以带有一维或二维防散射栅格，其也可以聚焦到辐射源4上。能量分辨探测器元件可以被提供在该原辐射探测器的两侧上，这可以允许更高的光子产量，但是也可以被提供在原辐射探测器的一侧上，这可以允许成本减小。
图5示出根据本发明的一个典型实施例的锥束CSCT的另一典型实施例的另一示图。与图4a和4b中所示的实施例对比，从图5可以得到，独立地提供了原辐射探测器(探测器行15)和包括准直器的散射辐射探测器(探测器行30)，所述准直器具有第一准直器部分60和第二准直器部分62，每个准直器部分带有薄片64和66。根据该典型实施例的一个方面，例如，散射辐射探测器可以被添加到已知的锥束CT以用于将锥束CT升级为锥束CSCT，如图5中所示。为此，可以独立地提供二维能量分辨探测器单元，其包括根据本发明的一个典型实施例的准直器，例如包括带有薄片62和66的第一准直器部分16和第二准直器部分62，所述能量分辨探测器单元可以附着到现有的CT扫描器。为此，散射辐射探测器可以适于附着到这种锥束CT。散射探测器的位置可以如典型实施例中所示更靠近辐射源，但是也可以离所述源具有更大的距离。
图6示出根据本发明的一个典型实施例的辐射源和能量分辨探测器元件的几何结构的另一示图，以用于进一步解释根据本发明的一个典型实施例不依赖于散射事件的位置计算散射角的方法。参考数字4表示辐射源，参考数字70表示辐射事件，参考数字72表示例如探测器行70的能量分辨探测器元件。示意性地，在能量分辨探测器元件72前面显示薄片。
辐射源4和探测器8的中心平面之间的距离由e表示。能量分辨探测器元件72离中心平面5的距离由a表示。相对于中心平面5，探测器的视线相对于中心切片具有角Ф0。锥角为2γ0。在图6中，设想了行李物品7的体积内的相互作用点70，在辐射源4和中心平面5之间的该行限定了角γ。γ具有在-□0和□0.之间的值。各个散射角被称为Ф。可以计算该散射角与空间坐标x(从辐射源到散射事件70的距离)的相关性。
由于原辐射是发散的，因此散射角依赖于散射事件的位置。这可以从图6中得到。然而，由于散射角与位置的相关性可以从所示的几何结构获知，因此这可以在重建期间被考虑。因此，根据本发明的一个典型实施例，通过使用以下公式
q = E hc sin ( Φ / 2 ) 公式1
在各个位置存在的散射角Ф被用于计算波矢转移q，其中E为被探测辐射的能量，h为普朗克常数，以及c为光速。
Ф相对于在源位置和相互作用点之间的距离x的相关性可以如下计算：
图6示出
Ф＝Ф0-γ                 公式2
现在，关于锥角引入变量γ0。因此
y0＝a-tan(Ф0)e            公式3
其中a、e和Ф0如图6中所述。
因而，可以如下计算γ(x)：
γ ( x ) = tan - 1 ( tan ( Φ 0 ) + y 0 x ) 公式4
由此，可以从预定几何结构(e，Ф0)计算q(x)。换句话说，根据给定的几何结构(e，Ф0)，可以通过使用公式1-4为离中心平面5具有距离a的每个探测器元件确定相互作用位置(离源x的距离)和相应波矢转移之间的相关性。
在重建算法中，该相关性可以用于前向投影以及用于背投影。
图7示出计算例子，其中使用了在图6中指示的参数。
详细地，图7示出散射角与离源距离的曲线图，其描绘了不依赖于相互作用点离源的距离计算散射角的例子。粗线表示由2γ0＝3°即-1.5°＜γ＜+1.5°的锥束覆盖的区域。
在下文中，参考图8和9将描述操作根据本发明的锥束CSCT装置的方法。
图8示出根据本发明的锥束CSCT装置的操作方法的一个典型实施例的简化流程图。
在步骤S2中，辐射源4被启动，即被赋能，以使发射锥束辐射16，该锥束穿过行李物品7并且射在探测器8上。可以以机架1上布置的源探测器围绕旋转轴2的特定旋转角执行该扫描。特别地，锥束透射CT数据由原辐射探测器即行15测量。同时，二维能量分辨探测器(即包括行30和34的扫描器辐射探测器)探测散射辐射。在采集用于这种投影即旋转角的这些测量结果之后，在步骤S4中将源探测器布置旋转预定角。
如果在步骤S6中确定锥束CSCT扫描器根据螺旋扫描模式操作，那么计算单元18启动传送带19，以使行李物品7沿着旋转轴2被平移预定距离。
应当注意的是在本发明的方法的该典型实施例的解释中参考源探测器布置，这包括根据探测器8旋转和移动准直器10。
然后，如由步骤S8中的SFCT所示，确定是否必须测量足够的投影。如果在步骤S8中确定需要采集更多投影，那么所述方法继续到步骤S2，在步骤S2，如由SCN所示，辐射源4被赋能，并且散射辐射数据和原辐射数据由探测器8收集。然后，在随后的步骤S4中，如由ROT所示，源探测器布置被旋转预定旋转增量。然后，在随后的步骤S6中，如上所述，并且如由HCL SCN？所示，确定是否执行螺旋扫描，以及如果设置了螺旋扫描模式，那么沿着旋转轴2执行感兴趣对象即行李物品7的平移。然后，所述方法继续到步骤S8。
如果在步骤S8中确定已经确定了足够的投影，那么所述方法继续到步骤S12和步骤S10。
如由步骤S10中的CB-REC所示，原辐射探测器的读数即衰减数据受到了已知的锥束CT重建，其例如可从US 6,269,141 B1(“Computertomography apparatus with a conical radiation beam and a helicalscanning trajectory”)以及在其中的参考文献获知，该专利被结合于此以作参考。该锥束CT重建允许确定衰减系数的图像，即CT图像，所述图像然后被输入到步骤S14。
在步骤S12中，如由PB-SD所示，执行散射辐射数据即散射辐射探测器的读数的校正。这也可以被称为散射辐射数据的原射束校正。基本上所探测散射光谱被归一化为原光谱，因此消除了原轫致辐射光谱的依赖于能量的强度变化，特别是由于特征发射。
然后，在随后的步骤S14中，来自散射辐射探测器的散射辐射数据在步骤S10中确定的CT图像的基础上受到衰减校正。这由步骤S14中的ABSORB表示。这里，衰减的光谱依赖性被校正。然后，在随后的步骤S16中，如由CB-REC所示，吸收校正散射辐射数据由重建例程处理，该重建例程对每个被照射的对象体素执行相干散射函数的重建。为此，可以使用基于ART(代数重建技术)的例程或方法，其例如可以从G.T.Herman G T的书“Image Reconstruction fromProjections”，Academic Press，New York，1980的CT应用中获知，该参考文献被结合于此以作参考。将参考图9进一步详细描述这种重建例程的典型实施例。
在该重建例程期间，散射角与散射事件的位置的相关性被考虑。
然而，代替基于技术的例程，也可以执行滤波背投影。这种滤波背投影例如可以从G.T.Hermann的同一本书中获知。
图9示出重建例程的图，它可以应用于图8所示的方法的步骤S16。从图9可以得到，首先初始化目标矩阵F(x，y，z，q)＝0。然后，执行以下循环n次。
所有投影被设置为“未使用”。然后，在所有投影上执行另一循环。在该第二循环期间，执行以下操作。首先，搜索未使用投影。一旦找到这种投影，将它设置为“已使用”。然后，计算该投影的源位置。然后，前向散射投影阵列p被设置为0。然后，有源像素阵列被设置为0。而且，差分矩阵d被设置为0。
然后，执行目标矩阵的前向投影。这意味着在探测器上模拟散射。为此，假设原光谱包括多个能量范围。对于该原光谱的每个能量范围以及对于感兴趣对象内的每个位置，计算到达探测器的相应q值。这通过使用如上所述的公式1-4进行计算。然后，通过使用目标矩阵的相干散射函数F2(x，y，z，q)计算探测器上的强度分布。
从图9可以得到，随后，从实际测量数据中减去探测器上的强度分布，如由pi′＝m1-pi表示，并且该差pi′由背投影处理。该背投影散射投影是前向投影的逆向计算。由每个探测器元件和每个被探测能量确定的值沿着一条线均匀分布，它们可以源自该线。通过这样做，根据公式1-4为每个能量和为每个位置确定波矢转移。这确定了沿着(x，y，z，q)空间中的哪条线执行背投影。
然后，随后，可以计算松弛因子，并且由此形成的差分矩阵可以被加到目标矩阵上。
因此，根据本发明，可以提供锥束CSCT装置和方法。如上所述，例如，可以与二维能量分辨探测器相结合来使用二维准直器以用于从被锥束照射的对象重建散射函数。如上所述，根据本发明的散射辐射探测器与锥束CT兼容，并且可以被集成到已知的锥束CT装置中。有利地，如果散射辐射探测器被布置在锥束CT中以用于将锥束CT升级到锥束CSCT，那么用于原射束的附加狭槽不再是必须的。代之以，可以同时测量锥束透射CT和锥束CSCT。圆形和螺旋轨迹是可行的。总的来说，可以实现扫描过程的加速。

Claims (16)

1.一种用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影装置，所述计算机断层摄影装置包括：
辐射源；用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射的散射辐射探测器；以及第一准直器；其中所述散射辐射探测器与所述辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移；其中所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源；其中散射辐射探测器具有多个区域；其中每个区域具有至少一个第一探测器元件；其中所述第一探测器元件是能量分辨探测器元件；其中第一准直器适于使得射在所述多个区域的各个区域的所述至少一个第一探测器元件上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射；以及其中所述辐射源适于产生锥束辐射。
2.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，其中第一准直器包括：
第二准直器；以及第三准直器；其中第二准直器被聚焦在辐射源；其中第三准直器被聚焦在感兴趣对象的所述截面；以及其中第二和第三准直器相对于辐射源被依次布置。
3.权利要求2所述的计算机断层摄影装置，其中第二准直器具有第一薄片，所述第一薄片被聚焦在辐射源并且被布置成基本上垂直于中心平面，以使射在与第二准直器相关的多个区域的所述区域中的所述至少一个第一探测器元件上的辐射被限制在相对于辐射源具有第一预定角的辐射；以及其中第三准直器具有第二薄片，所述第二薄片被聚焦在感兴趣对象的所述截面，以使射在与第三准直器相关的多个区域的所述区域中的所述至少一个第一探测器元件上的辐射被限制在相对于感兴趣对象的所述截面具有第二预定角的辐射。
4.权利要求2所述的计算机断层摄影装置，其中借助于包括孔的狭缝准直器来一起实施第二和第三准直器，对于每个相应区域，它们分别被聚焦在辐射源和感兴趣对象的所述截面。
5.权利要求1所述的计算机断层摄影装置，进一步包括：原辐射探测器；其中原辐射探测器与辐射源相对设置在中心平面中，以用于接收由感兴趣对象衰减的原辐射。
6.权利要求5所述的计算机断层摄影装置，其中能量分辨探测器元件是直接转换半导体单元；以及其中原辐射探测器包括闪烁体单元。
7.权利要求5所述的计算机断层摄影装置，其中散射辐射探测器和原辐射探测器是被集成为一个探测器单元和被分离为独立探测器单元中的一个。
8.一种用于检查感兴趣对象的锥束计算机断层摄影装置的散射辐射单元，所述锥束计算机断层摄影装置包括辐射源，所述散射辐射单元包括：散射辐射探测器；以及第一准直器；其中散射辐射探测器适于附着到锥束计算机断层摄影装置，以使散射辐射探测器被布置成用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射；其中第一准直器适于与散射辐射探测器一起布置；其中散射辐射探测器适于与辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移；其中所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源；其中散射辐射探测器具有多个区域；其中每个区域具有至少一个第一探测器元件；其中所述第一探测器元件是能量分辨探测器元件；以及其中第一准直器适于使得射在所述多个区域的各个区域的所述至少一个第一探测器元件上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射，其中所述辐射源适于产生锥束辐射。
9.权利要求8所述的散射辐射单元，其中第一准直器包括：第二准直器；以及第三准直器；其中第二准直器适于使得当第二准直器被布置在锥束计算机断层摄影装置中时它被聚焦在辐射源；其中第三准直器适于使得当第三准直器被布置在锥束计算机断层摄影装置中时它被聚焦在感兴趣对象的所述截面；以及其中第二和第三准直器可相对于辐射源被依次布置。
10.权利要求9所述的散射辐射单元，其中第二准直器具有第一薄片，所述第一薄片被聚焦在辐射源并且被布置成基本上垂直于中心平面，以使射在与第二准直器相关的多个区域的所述区域中的所述至少一个第一探测器元件上的辐射被限制在相对于辐射源具有第一预定角的辐射；以及其中第三准直器具有第二薄片，所述第二薄片被聚焦在感兴趣对象的所述截面，以使射在与第三准直器相关的多个区域的所述区域中的所述至少一个第一探测器元件上的辐射被限制在相对于感兴趣对象的所述截面具有第二预定角的辐射。
11.权利要求9所述的散射辐射单元，其中借助于包括孔的狭缝准直器一起实施第二和第三准直器，对于每个相应区域，它们分别被聚焦在辐射源和感兴趣对象的所述截面。
12.权利要求8所述的散射辐射单元，其中散射辐射单元适于与锥束辐射探测器的原辐射探测器一起布置；其中锥束辐射探测器的原辐射探测器与辐射源相对布置在中心平面中以用于接收由感兴趣对象衰减的原辐射。
13.权利要求8所述的散射辐射单元，其中能量分辨探测器元件是直接转换半导体单元。
14.一种利用用于检查感兴趣对象的计算机断层摄影装置来执行锥束相干散射计算机断层摄影扫描的方法，所述方法包括以下步骤：
提供辐射源；提供散射辐射探测器以用于接收由感兴趣对象散射的散射辐射；提供第一准直器；其中散射辐射探测器与辐射源相对布置并且相对于中心平面偏移；其中所述中心平面延伸通过感兴趣对象和辐射源；其中散射辐射探测器具有多个区域；其中每个区域具有至少一个第一探测器元件；其中所述第一探测器元件是能量分辨探测器元件；其中第一准直器适于使得射在多个区域的一个区域上的辐射基本上被限制在从感兴趣对象的预定截面散射的辐射；为辐射源赋能以产生锥束辐射；确定来自散射辐射探测器的读数；执行来自散射辐射探测器的读数的吸收校正；以及在所校正读数的基础上执行相干散射函数的重建。
l5.权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：
通过使用布置在中心平面中的原辐射探测器的读数来确定感兴趣对象的衰减系数；在衰减系数的基础上为来自散射辐射探测器的读数的吸收校正确定参数。
16.权利要求16所述的方法，其中操作辐射源，以使原辐射探测器和散射辐射探测器基本上同时受到从辐射源发射的锥束辐射。
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