含有一个原子元素的样品相关的示例性最优化对比度信息；
[0039]图6a为图5中的双能量对比度调节工具的放大视图，显示了低能窗口和高能窗口的细节；
[0040]图6b为图5中双能量对比度调节工具的放大视图，显示了片选择窗口和直方图窗口的细节；
[0041 ] 图6c为图5中的双能量对比度调节工具的放大视图，显示了最优化单扫描参数选择过程中的结果窗口和日志窗口的细节；
[0042]图7a_7c图示了双能量对比度调节工具的图形用户界面，显示了与含有铂和铅的样品相关的示例性最优化对比度信息，选择的对比度最优化角度分别为153度、137度以及115 度;
[0043]图7d图示了双能量对比度调节工具134环境内的双能量悬停工具770 ；
[0044]图8示意性地图示了一种具有两种元素的样品的高能X射线吸收比低能X射线像素亮度的示例性直方图；
[0045]图9为根据本发明的思想，用于X射线成像系统的数据采集的图像重建的方法的流程图；
[0046]图1Oa为图9所示流程图中步骤细节的流程图；以及
[0047]图1Ob为根据本发明的思想，用于计算最优化单扫描参数的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0048]图1为基于透镜的X射线成像系统的示意图(“基于透镜的系统”)。
[0049]基于透镜的系统100具有产生X射线光束103的X射线源系统102，带有用于过滤X射线光束103的滤光轮104的滤光镜切换器装置106，以及带有用于支撑样品114的样品支撑物112的旋转台110。放置于X射线源系统102和样品114之间的聚光镜108将X射线光束103聚焦在该样品114上。
[0050]基于透镜的系统100还具有检测系统118，以及放置在该样品114和该检测系统118之间的物镜116。当样品114曝光于X射线光束103时，该样品114吸收并透射与该X射线光束103相关的X射线光子。穿过样品114透射的X射线光子形成衰减的X射线光束105 ;物镜使该衰减的X射线光束105在检测系统118中成像。
[0051]检测系统118以像素为单位创建X射线光子的图像表示，该X射线光子源自与检测系统118相互作用的衰减的X射线光束105。
[0052]在检测系统118形成的图像还被称为X射线投影，或者X射线投影图像。
[0053]该基于透镜的系统100还具有计算机系统124，该计算机系统124包括图像处理器120、控制器122，以及用户界面应用程序126。与该计算机系统124连接的显示设备136显示来自用户界面应用程序126的信息和图形用户界面。该计算机系统124加载来自与计算机系统124连接的数据库150的信息，并将信息存储到与计算机系统124连接的数据库150。控制器122具有控制接口 130，该控制接口 130允许操作者通过计算机系统124在软件的控制下控制并管理基于透镜的系统100中的组件。
[0054]操作者通过控制器122，并利用用户界面应用程序126配置并管理基于透镜的系统100中的组件。用户界面应用程序126包括侦察和扫描应用程序132以及双能量对比度调节工具134。该控制器122控制具有控制器接口 130的组件。在一个实施方式中，该具有控制器接口 130的组件包括图像处理器120、检测系统118、旋转台110、X射线源系统102，以及滤光镜切换器装置106。
[0055]为了选择扫描参数，操作者通常采用侦察和扫描应用程序132来配置X射线源系统102的X射线电压设置以及曝光时间，以及滤光镜切换器装置106的滤光轮104的滤光设置。操作者还会选择其他设置，如X射线光束103入射到样品114的视场、创建的样品114的X射线投影图像或片的数量，以及用于在X射线光束103中旋转样品114的旋转台110的旋转角度。
[0056]在样品114的多能量X射线成像中，操作者至少对样品114执行低能扫描和高能扫描。操作者为该低能和高能扫描选择与样品114中化合物的已知的X射线吸收系数相关的扫描参数。
[0057]操作者采用若干技术，为该两种扫描生成高低能X射线光束。在一个示例中，X射线源系统102利用低能X射线源生成低能X射线光束，并利用高能X射线源生成高能X射线光束。在另一示例中，X射线源系统利用X射线源的低能设置生成低能X射线光束，并利用该X射线源系统的高能设置生成高能X射线光束。在其他示例中使用滤光镜，X射线源系统利用X射线源的低能滤光镜生成低能X射线光束，并利用该X射线源的高能滤光镜生成高能X射线光束。在又一示例中，使用不同的X射线源阳极靶，以使X射线源系统使用X射线源的低能阳极靶生成低能X射线光束，并使用该X射线源的高能阳极靶生成高能X射线光束。最后，X射线源可利用X射线源低能曝光时间生成低能X射线光束，并利用该X射线源的高能曝光生成高能X射线光束。总之，低能曝光时间和高能曝光时间彼此不同，并被选择用于产生具有足够信噪比的数据集。
[0058]一些设置，如每次扫描的扫描参数以及投影数量，在低能和高能扫描间存在差异。然而某些设置，如视场、起点角度和终点角度，对于低能和高能扫描必须相同或部分重叠。这些设置有助于由其各自扫描创建的低能和高能重建断层数据集的后续对齐和配准。这是图9所示的图像最优化方法900的要求，关于图9的详细描述会在下文中讨论。
[0059]侦察和扫描应用程序132具有一个或多个双能量模板133。该侦察和扫描应用程序132根据样品114的类型提供不同的双能量模板133。该双能量模板133在图9中图像最优化方法900的要求的低能和高能扫描间提供相同的设置，同时允许操作者针对低能和高能扫描选择扫描参数和其他设置。
[0060]使用双能量模板133，操作者为低能和高能扫描提供相同的视场和相同的起点和终点角度。操作者然后确定低能和高能扫描相关的扫描参数，并确定在扫描间不同的其他设置，如投影的数量。双能量模板133然后提供配置，用于执行样品114的低能和高能扫描。
[0061]扫描过程中，图像处理器120接收并处理来自检测系统118的每个投影。侦察和扫描应用程序132存储来自该图像处理器120的投影，用于之后生成样品114的重建断层体数据集。计算机系统124将来自每次扫描的断层数据集，以及其相关的扫描参数和设置保存到计算机系统124的本地存储器，或数据库150。计算机系统在计算用于低能扫描的低能断层体数据集，以及用于高能扫描的高能断层体数据集后，将其存储到本地存储器或者数据库150。
[0062]操作者使用双能量对比度调节工具134最优化样品114的图像对比度。操作者使用该双能量对比度工具134加载低能断层体数据集152以及高能断层体数据集154。然后，操作者选择数据集内的片，并选择用于最优化被选择片的图像对比度的信息。然后，操作者将该信息用于最优化图像对比度，并创建组合或合成体数据集156。
[0063]由于该组合体数据集156包含具有最优化图像对比度的片，因此该组合体数据集156又被称为最优化组合体数据集。
[0064]—旦操作者创建组合体数据集156，操作者可选地使用双能量对比度调节工具134，以根据与创建组合体数据集156相关的扫描参数计算最优化单扫描参数158。如果操作者想要对多个样品执行测试，以产生相同的近似对比度结果时，这是尤其有用的。通过这种方式，操作者可以将最优化单扫描参数158应用到基于透镜的系统100中，以执行同一样品114，或者具有类似元素构成的新样品的后续单能量扫描。
[0065]关于最优化单扫描参数的计算会在下文出现的图1OB所示的方法938相关的详细描述中进一步讨论。
[0066]图2为根据本发明另一个实施例的基于投影的X射线成像系统200 (“基于投影的系统”)的示意图。该基于投影的系统200在结构上类似于基于透镜的系统100，并且具有基本相同的运转表现，然而在放大级上通常性能较低。
[0067]基于投影的系统200省略了基于透镜系统100中的聚光镜108和物镜116。除此之外，基于投影的系统200具有与基于透镜的系统100相同的组件，并且操作者以与基于透镜的系统100相同的方式使用基于投影的系统200及其组件，以创建X射线投影和样品114的重建断层体数据集。
[0068]基于投影的系统200并不依赖透镜创建样品114的放大透射图像，而是通过采用投影到检测系统118的X射线源102的小X射线源点创建样品114的放大点投影图像。放大是通过将样品114放置在接近X射线源102的位置实现的，在这种情况下，基于投影的系统200的分辨率受X射线源的点尺寸的限制。该样品114的放大投影图像形成于检测系统118 ;该放大投影图像的放大倍数等于源到样品的距离202与样品到检测的距离204的比例。在基于投影的系统200上获得高分辨率的另一种方式为采用甚高分辨率检测系统118，并将样品114放置在接近于检测器的位置，在这种情况下，X射线图像的分辨率受检测系统114的分辨率的限制。
[0069]为了调节图像的放大倍数，操作者采用计算机系统124上的用户界面应用程序124调节源到样本距离202以及源到检测器距离204。操作者通过控制器122移动旋转台100，从而调节这些距离，并获得期望的放大倍数。根据一些实施方式，X射线检测系统118还通过改变X射线检测系统118内的像素尺寸，提供调节在样品上视场的能力。
[0070]图3A为图1中基于透镜的系统100和图2中基于投影的系统200采用的滤光镜切换器装置106的比例顶视图。滤光镜切换器装置106具有滤光轮104，该滤光轮104用于支撑位于该轮外缘周围排列的每个圆形端口 104-1的滤光镜。
[0071]图3B和图3C分别为滤光镜切换器装置10的比例前视图和侧视图。该滤光镜切换器装置106以精确调整控制装置302为特点，该精确调整控制装置302用于提高该滤光轮104的稳定性和定位精度。
[0072]该滤光轮104具有端口 104-1，该端口 104_1通常包括用于过滤X射线光束103的滤光镜。操作者采用图1和图2所示的计算机系统124的用户界面应用程序126和控制器122，在软件的控制下选择不同的滤光镜。
[0073]作为操作者对与孔104-1关联的滤光镜进行选择的响应，控制器122发出信号指示滤光镜切换器装置106将滤光轮104旋转至孔104-1，以响应该选择。当图1中的基于透镜的系统100和图2中的基于投影的系统200透射X射线光束103，该X射线光束103穿过与被选择的孔104-1关联的滤光镜。
[0074]应该注意，在图1和图2中所示的滤光镜切换器装置106位于源102和样品114之间。在其他示例中，该滤光镜切换器装置106位于样品114和检测系统118之间。
[0075]图4为低原子序数元素，如钙(Z = 20)的典型的X射线吸收比X射线能量的绘图400 ( “吸收绘图”)；该绘图为采用样品的双能量X射线成像以分离出样品内的性质提供了理论基础。两轴均利用对数比例绘制。当样品114在低能和高能X射线下受辐照时，样品的双能量X射线成像利用吸收和散射行为的交叉。
[0076]低原子序数元素通常包括氢(H = I)到铁(Fe = 26)，而高原子序数元素为原子序数大于铁的元素。对于双能量X射线成像，低原子序数元素与高原子序数元素具有不同的吸收绘图400。
[0077]低原子序数元素的吸收绘图400具有被拐点或转折点484隔开的