专利名称：X射线计算机断层成像装置和采用x射线计算机断层成像检测对象的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求ι的前序部分的通过X射线计算机断层成像检测对 象的X射线计算机断层成像装置。本发明还涉及一种根据权利要求10的前序部分的通过 X射线计算机断层成像检测对象的方法。
背景技术：
X射线计算机断层成像装置(CT)可无损以及不接触地检测对象的内部结构。其既 用于医疗领域检测人体又用于工业领域质量检查。X射线计算机断层成像中的重要步骤在 于标准化通过X射线检测器在待检测对象的后面测量的X射线辐射的强度。其通常以在检 测器中决定灰度值的方式进行，该灰度值被解释为未衰减的初级X射线辐射的基准值。采 用该基准值标准化由对象衰减的X射线辐射产生的灰度值。当如工业领域无损检查对象所常用地采用集成、无能耗X射线检测器时，不可能 决定撞击X射线检测器的光子是分配给初级X射线辐射还是次级X射线辐射。初级X射线 辐射的光子在待检测对象中不与所述对象相互作用地从χ射线源到达X射线检测器，但是 次级X射线辐射的光子在对象内的散射过程中产生。通过X射线检测器测量对象所衰减的 强度因此还包括一除了对象中所引发的荧光辐射以外一随机散射的光子的作用，换言 之次级X射线辐射的作用。次级X射线辐射还为指定的散射辐射。所述散射辐射使得对衰 减初级X射线辐射的测量错误，因此损害了再现对象图像的图像质量。
发明内容
因此，本发明基于提供X射线计算机断层成像的目标，其能够以高图像质量记录 待检测的对象的图像。根据本发明通过具有权利要求1特征的X射线计算机断层成像装置实现所述目 标。根据本发明，认为采用两次强度测量可计算散射辐射校正因子，借助该因子可校正散射 辐射的影响。采用设置在X射线源和配置待检测对象的对象载体之间的第一强度测量装置 可测量未衰减的初级X射线辐射的强度。采用设置在对象载体和待检测对象的X射线检测 器之间的投影区域之外的第二强度测量装置可测量基本上由未衰减的初级X射线辐射强 度和散射辐射强度即次级X射线辐射的强度组成的强度。可从所测量强度计算表征对象所 产生的散射辐射的散射辐射校正因子。散射辐射校正因子为校正值，所述校正值作为严格 数学意义或者其它数学形式的因子可输入散射辐射校正中。采用该散射辐射校正因子，假 设散射辐射分布为零或者更高值，可对每个单独像素校正X射线检测器所测量的强度。因 此可基本消除散射辐射的影响，这一点改进了 X射线计算机断层成像的图像质量。而且，未 衰减的初级X射线辐射的强度测量提供了用于标准化X射线检测器所测量的强度的可靠标 准化变量。其也改进了图像质量。根据权利要求2的发展改进了未衰减初级X射线辐射强度的测量精度。第一强度测量装置设置得距离X射线源越近，测量精度越高。通过根据权利要求3的第一强度测量装置设置，可防止在待检测对象的投影中看到第一强度测量装置。通过根据权利要求4的发展改进了第二强度的测量精度。第二强度测量装置被设 置得距离X射线检测器越近，则散射辐射的影响可测量和计算得越精确。根据权利要求5的强度测量装置的配置是经济的。根据权利要求6的发展简化了对至少一个散射辐射校正因子的计算。由于结构上 相同的配置，强度测量装置的信号可直接进一步处理，而不必将信号标准化为统一的基准 尺寸。因此不必校准结构上相同的强度测量装置。根据权利要求7的发展可实现高图像质量。根据权利要求8的发展可通过第一强度测量装置精确测量未衰减的初级X射线辐 射的强度以及通过第二强度测量装置精确测量由未衰减的初级X射线辐射强度和次级X射 线辐射强度组成的强度。根据权利要求9的发展可对X射线检测器的每个像素计算校正的衰减值，通过其 可借助已知的再现算法在评估单元中产生X射线图像。借助零次散射辐射校正，产生作为 第二强度和第一强度的商的散射辐射校正因子。借助较高次的散射辐射校正，产生作为该 商和相关蒙特卡罗散射辐射分布的乘积的散射辐射校正因子。本发明目标还在于提供一种通过X射线计算机断层成像检测对象的方法，其可提 供高图像质量。根据本发明通过具有权利要求10的特征的方法实现所述目标。根据本发明的方 法的优势对应已经描述的根据本发明的X射线计算机断层成像装置的优势。根据权利要求11的发展保证了所测量值的时间分配并因此保证可靠而准确地校 正散射辐射。根据权利要求12的测量防止了在待检测的对象的投影中看到第一强度测量装置。根据权利要求13的计算至少一个散射辐射校正因子可改进图像质量，这是因为 考虑了所散射的辐射的空间分布。根据权利要求14的发展可改进图像质量，这是因为考虑了散射辐射对相应投影 方向的相关性。由于待检测的对象的几何形状，还对不同的投影方向产生不同的散射辐射 校正因子。根据权利要求15的发展可提供高图像质量。
从借助附图对实施例的描述可得到本发明的进一步特征和优势，其中图1示出了 X射线计算机断层成像装置的透视示意图；图2示出了图1中X射线计算机断层成像装置的俯视图；图3示出了散射辐射零次方减小的示意图；以及图4示出了散射辐射通过蒙特卡罗分布更高次方减小的示意图。
具体实施例方式用于检测对象2的X射线计算机断层成像装置1具有X射线源3和相关的X射线 检测器4。设置在X射线源3和X射线检测器4之间的为其上可设置对象2的对象载体5X射线源3用于产生在束方向7上成圆锥形发射的X射线辐射6。束方向7基本 上与X射线计算机断层成像装置1的中心纵轴8平行。X射线源3例如配置为X射线管，其 结构已知。X射线检测器4基本上在χ-y平面上延伸，所述平面由垂直延伸的x方向和y方 向限定。中心纵轴8限定了 ζ-方向，其基本上与x-y平面垂直。处于χ-和y_方向上的X 射线检测器4具有大量分别被称为P (X，y)的像素，其中χ = 1至~而7 = 1至ny。所述 X射线检测器4例如配置为集成、无能耗平平板图像检测器，其结构已知。根据待检测的对象2的几何形状，锥形发射的X射线辐射6可被划分为不同的区 域。在一个位于X射线源3和对象2之间的辐射区域9中，初级X射线辐射6a未衰减地撞 击对象2。在位于对象2和X射线检测器4之间的投影区域10中，被对象2衰减的初级X 射线辐射6b和次级X射线辐射6c即散射辐射一起撞击X射线检测器4。投影区域10还称 为投射影子的区域。辐射区域9和投影区域10被测量区域11环绕，在测量区域11中不撞 击对象2的未衰减初级X射线辐射6a从X射线源3到达X射线检测器4处。第一强度检测装置13设置在X射线源3和对象2之间的辐射区域9外的第一测 量部分区域12中。可通过第一强度测量装置13测量未衰减初级X射线辐射6a的第一强 度Ιο。第一强度测量装置13具有相对于X射线源3的第一间隔A1和相对于对象载体5的 第二间隔Α2。间隔ApA2在每种情形都被定义为第一强度测量装置13沿ζ方向和X射线源 3或者对象载体5之间的最短轴向距离。第一间隔A1和第二间隔A2的比率小于1/2、特别 是小于1/4、以及特别是小于1/8。第二强度检测装置15设置在位于对象2和X射线检测器4之间的投影区域10之 外的第二测量部分区域14中。可通过第二强度测量装置15测量未被对象2衰减的初级X 射线辐射6a和次级X射线辐射6c即散射辐射的第二强度Ip第二强度测量装置15具有 相对于X射线检测器4的第三间隔A3和相对于对象载体5的第四间隔A4。间隔A3、A4在每 种情形都被定义为沿ζ方向和X射线检测器4或者对象载体5之间的最短轴向距离。第三 间隔A3和第四间隔A4的比率小于1/2、特别是小于1/4、以及特别是小于1/8。位于第一测 量部分区域12和第二测量部分区域14之间的第三测量部分区域16为过渡区域。强度测量装置13、15在结构上被设置为和电子剂量计相同并提供作为测量值且 和强度Io、I1成比例的剂量输出。X射线源3、X射线检测器4以及强度测量装置13、15通过信号线17连接至评估 单元18。评估单元18被配置为使得至少一个散射辐射校正因子F可根据测量的强度ItlU1 计算辐照对象2时，在X射线检测器4上产生对象2的投影S。对象2的内部结构19 出现于投影S中，因此可无损检测对象2。为产生不同的投影S，对象载体5可围绕平行于 x-y-平面延伸的旋转轴20旋转。对象载体5以及因此对象2的旋转位置以旋转角φ表征。 不同的投影被标明为S((pn),其中η = 1至N。旋转角度φ因此为投影方向的度量。下面将描述根据本发明的用于通过X射线计算机断层成像检测对象2的第一方法。对象2设置在对象载体5上并设置在相对于X射线源3第一旋转角度<Pl处。通过 X射线源3以X射线辐射6a辐照对象2。X射线检测器4检测撞击在其上的X射线辐射6。 对每个像素P(x，y)，所检测的X射线辐射6被转换为相应的灰度值g(x，y)并传送至评估 单元18以进行评估。
同时，以第一强度测量装置13测量第一强度Itl的测量值并以第二强度测量装置 15测量第二强度I1的测量值，并将其传送至评估单元18以进行评估。根据本发明的第一方法假设标明为散射辐射的次级X射线辐射6c以任意方向散 射并作为χ射线检测器4上的恒定且均勻的背景。在该假设下下面的方程适用于每个像素 P(x,y)g(x, y) =k· [I (χ, y)+Is] = k · [I0 · e_A(x’y)+Is] (1)方程(1)给出衰减的 初级X射线辐射6b的强度I (X，y)、未衰减的初级X射线辐射6a的强度Itl、散射辐射6c的 强度Is和X射线检测器4对每个像素P(x，y)测量的灰度值g(x，y)之间的关系。k为X射 线辐射6的物理强度和数字灰度值g(x，y)之间的比例因子。比例因子k恒定并且为X射 线检测器4的属性。A(x，y)为每个像素P(x，y)的衰减值，其描述了未衰减的初级X射线 辐射6a的强度Itl沿着从X射线源3经对象2至X射线检测器4上相应像素P (x, y)的路 径的衰减。通过评估单元18再现X射线图象时对每个像素P(x，y)要求衰减值A(x，y)。可通过对强度I。I1的剂量测量不转换测量值地定义和确定独立、无量纲的超高 因子f。超高因子f被定义为f = T1(2)
xO从强度I1的测量值确定超高因子f。因为强度I1基本上由未衰减的初级X射 线辐射6a的强度Itl以及散射辐射6c的强度Is组成，获得下面的方程f=!-^ i^-L =1+ IL(3)
I0 1OI0从方程(3)得出散射辐射6c的强度Is Is = I0(f-1)(4)如果将方程(4)代入方程⑴，则可消除散射辐射6c的强度Is g(x,y) = k · I0 · [e-A(x,y)+f-l] (5)超高因子f和衰减值A(x，y)在每种情形下都为无量纲因子，其中f彡1且A(x， y)>0。超高因子f描述了 X射线检测器4接触的散射辐射6c的比例。当对象2和X射 线检测器4之间的间隔减小时超高因子f增大。在方程(5)中，可通过没有对象2的预备步骤确定比例因子k和强度Itl的乘积。 在没有对象2的预备步骤中，超高因子为f= 1而所有像素P (x，y)的衰减值A(x，y) =0。 在这种情形方程(5)被简化为g(x，y) = K · Itl =常数(6)预备步骤中所测量的灰度值g(x，y)因此代表比例因子k和强度Itl的乘积。通过求解方程(5)，对每个像素P (X，y)获得衰减值A (X，y)如下
权利要求
一种用于通过X射线计算机断层成像检测对象的X射线计算机断层成像装置，包括 X射线源(3)，用于产生X射线辐射(6)， X射线检测器(4)，用于检测X射线辐射(6)， 对象载体(5)，用于将待检测对象(2)设置在所述X射线源(3)和所述X射线检测器(4)之间，以及 评估单元(18)，用于评估所检测的X射线辐射(6)，其特征在于 第一强度测量装置(13)，其用于测量所述X射线辐射(6)的第一强度(I0)，并被设置在所述X射线源(3)和所述对象载体(5)之间， 第二强度测量装置(15)，其用于测量所述X射线辐射(6)的第二强度(I1)，并在所述对象载体(5)和所述X射线检测器(4)之间被设置所述对象(2)的投影区域(10)之外， 所述强度测量装置(13，15)连至所述评估单元(18)以传送所测量的强度(I0，I1)，以及 所述评估单元(18)被配置为使得根据所测量强度(I0，I1)能够计算至少一个散射辐射校正因子(F)。
2.根据权利要求1的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，第一间隔(A1)与第二 间隔(A2)的比率小于1/2、特别是小于1/4以及特别是小于1/8，其中，所述第一间隔(A1) 被定义为所述第一强度测量装置(13)和X射线源(3)之间的最短轴向距离，所述第二间隔 (A2)被定义为所述第一强度测量装置(13)和所述对象载体(5)之间的最短轴向距离。
3.根据权利要求1或2的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述第一强度测量 装置(13)被设置在所述对象(2)的辐射区域(9)之外。
4.根据权利要求1至3中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，第三间 隔(A3)与第四间隔(A4)的比率小于1/2、特别是小于1/4以及特别是小于1/8，其中，所述 第三间隔(A3)被定义为所述第二强度测量装置(15)和所述X射线检测器(4)之间的最短 轴向距离，所述第四间隔(A4)被定义为所述第二强度测量装置(15)和所述对象载体(5)之 间的最短轴向距离。
5.根据权利要求1至4中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述强度 测量装置(13，15)被配置为电子剂量计。
6.根据权利要求1至5中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述强度 测量装置(13，15)构造相同。
7.根据权利要求1至6中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述第一 强度测量装置(13)被设置为将未衰减初级X射线辐射(6a)的强度测量为第一强度(Itl), 而所述第二强度测量装置(15)被设置为使得将由未衰减初级X射线辐射(6a)的强度和次 级X射线辐射(6c)的强度组成的强度测量为第二强度(I1)。
8.根据权利要求1至7中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述强度 测量装置(13，15)被设置在测量区域(11)内，其中所述初级未衰减X射线辐射(6a)从所 述X射线源(3)到达所述X射线检测器(4)上，而不撞击所述待检测的对象(2)。
9.根据权利要求1至8中任一项的X射线计算机断层成像装置，其特征在于，所述评估 单元(18)被设置为使得对于X射线检测器(4)的每个像素P(x，y)能够根据下面的方程计算校正的衰减值
10.一种通过X射线计算机断层成像检测对象的方法，包括如下步骤 -将待检测对象(2)设置在X射线源(3)和X射线检测器(4)之间， -以X射线辐射(6)辐照所述对象(2)，-检测所述X射线辐射(6)，以及 -通过评估单元(18)评估所检测的X射线辐射(6)， 其特征在于-在辐照对象(2)期间，测量在所述X射线源(3)和所述对象(2)之间的X射线辐射 (6)的第一强度(10)，-在辐照对象(2)期间，测量在所述对象(2)和所述X射线检测器(4)之间位于所述对 象⑵的投影区域(10)之外的X射线辐射(6)的第二强度(I)，以及-在评估期间，根据所测量的强度(Iy 1》计算至少一个散射辐射校正因子(F)，以及以 所述至少一个散射辐射校正因子(F)校正所检测的X射线辐射(6)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于同时测量强度(Iy1》。
12.根据权利要求10或11的方法，其特征在于在所述对象(2)的辐射区域(9)之外测 量所述第一强度(I。)。
13.根据权利要求10至12中任一项的方法，其特征在于，将所述对象(2)的至少一个 蒙特卡罗散射辐射分布(M)存储在所述评估单元(18)中，并根据其计算所述至少一个散射 辐射校正因子(F)。
14.根据权利要求10至13中任一项的方法，其特征在于，从多个投影方向((p)辐照所 述对象(2)，以及对每个投影方向(Cp )计算至少一个散射辐射校正因子(F)。
15.根据权利要求10至14中任一项的方法，其特征在于，将未衰减初级X射线辐射 (6a)的强度测量为第一强度(I》，而将由未衰减初级X射线辐射(6a)的强度和次级X射 线辐射(6c)的强度组成的强度测量为第二强度(I》。
全文摘要
在X射线计算机断层成像装置(1)和采用X射线计算机断层成像检测对象(2)的方法中，为改善图像质量，通过第一强度测量装置(13)测量X射线源(3)和对象(2)之间的X射线辐射(6)的第一强度，通过第二强度测量装置(15)测量在对象(2)和X射线检测器(4)之间位于对象(2)的投影区域(10)之外的X射线辐射(6)的第二强度。可通过所测量强度计算散射辐射校正因子以减小散射辐射。
文档编号G01N23/04GK101960297SQ200980106833
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月27日
发明者N·尤曼, T·富赫斯 申请人:弗朗霍夫应用科学研究促进协会