用于生成X射线图像数据的方法与流程

本发明涉及一种用于通过一个x射线系统来生成x射线图像数据的方法，x射线系统包括一个x射线源和一个x射线检测器，该x射线检测器具有多个有规律排列的像素。本发明还涉及一种被配置为执行对应方法的一种x射线系统和一种数据处理单元。

背景技术：

通常，用于生成x射线图像数据的方法(即使用x射线的成像方法)利用以下情形：在穿过一个检查对象时，x射线的强度通过吸收而被衰减，这种吸收一方面由取决于检查对象的材料结构，另一方面取决于通过检查对象的路径长度。

利用这种方法，在与材料相互作用时还会发生x射线的附加散射，这种附加散射通常也导致生成的这些图像的质量显著降低。为此，期望减少这些散射的x射线(也称为散射辐射)对这种成像方法的影响。

一种已知的解决方案是使用所谓的准直仪或散射辐射栅格，借助于这些准直仪或散射辐射栅格，大部分散射辐射在穿过检查对象之后、并在任何可能的技术测量之前被吸收，并且因此从辐射场中被过滤掉。由此带来的缺点在于：这些准直仪或散射辐射栅格一方面有时占据大量空间，另一方面还会吸收一些不再可用于技术测量的非散射x射线。

另一种方法规定：通过距检查对象足够远处(“气隙”)的一个检测器来执行x射线的技术测量，并且由于散射x射线的主要部分在与非散射x射线不同的传播方向上被传播，从而确保散射x射线的主要部分能够绕开检测器。然而，在许多情况下，检测器与检查对象之间的距离无法按照所期望的那样来选择。

上述方法的进一步描述例如可以在以下出版物中找到：

[1]robertg.gould硕士和johnhale博士在americanjournalofroentgenology(1974年9月，第122卷，第1期)上发表的“controlofscatteredradiationbyairgaptechniques:applicationstochestradiography”。

[2]krola1,bassanosince,chamberlaincc,prasadsc在medphys.(1996年7月；23(7):1263-70)上发表的“scatterreductioninmammographywithairgap”。

[3]弗里德里希-亚历山大大学(fau)的医学物理学学院的matthiasbaer等人在ict2012上发表的“scattercorrectionmethodsindimensionalct”。

公布文本de102011006400a1和de10055739b4也涉及散射辐射(即x射线的散射)的主题。在这两个案子中，使用了确定散射辐射分量的方法。

技术实现要素：

基于上文所述，本发明的目的是公开一种用于生成x射线图像数据的有利方法，以及被配置为执行对应方法的一种x射线系统和/或一种数据处理单元。

根据本发明，该方法被实现为：具有权利要求1的多个特征的一种方法、具有权利要求16的多个特征的一种x射线系统以及具有权利要求17的多个特征的一种数据处理单元。多个优选的变形被包含在多个从属权利要求中。关于该方法所描述的多个优点和多个优选实施例也可以被类似地转移到x射线系统和/或数据处理单元，反之亦然。

在本上下文中，一种相应的方法被用于生成x射线图像数据，并且优选地与多种工业应用相适应。因此，该方法特别地被用于检验产品或中间产品的质量缺陷。在本上下文中，该方法有利地被实施以便按照一种尽可能简单的方式、并在相对短的时间内，通过x射线来检查多个非常相似的对象。

在本上下文中，x射线图像数据通过一个x射线系统被生成，例如通过一个计算机断层扫描仪被生成，x射线系统包括一个x射线源和一个x射线检测器，并且通常包括一个数据处理单元。在此，优选地，x射线检测器被实施为一个所谓的间接变换x射线检测器，并且优选地进一步包括多个有规律排列的像素，这些像素通常被排列在多行和多列中。

该方法还被用于生成相对高质量的x射线图像数据，在x射线图像数据中，来自所谓的散射辐射(即来自在背景技术中所述的散射x射线)的不利并且因此不希望的影响得以减少。为此，该方法公开了一个具有多个参数的数学散射辐射模型，其中所述模型基于x射线图像数据的生成，并且为此被保持驻留在数据处理单元中(至少当数据处理单元存在时)。

在本上下文中，数学散射辐射模型通常被指定一次，例如，在设置x射线系统和/或上述数据处理单元时被指定，因此散射辐射模型例如是上述x射线系统的操作系统的一部分，优选地，散射辐射模型仅在维护工作的上下文中被调整或更新。另一方面，在正常操作中，通常仅散射辐射模型参数的参数值被调整，其中对于要通过x射线系统来检查的对象而言，优选地，这种调整并非针对对象的每次检查来执行，而是通常在校准过程的上下文中被执行，在校准过程之后，通常会检查多个相似的对象，而不对这些参数值进行任何调整。

然而，在各种情况下，根据此处所描述的方法，首先指定一个数学散射辐射模型。然后，在一个校准过程的上下文中，通过x射线系统来扫描一个测试对象从而生成第一原始数据集，并且测试对象被又一次扫描从而生成第二原始数据集，其中在x射线系统中，为了生成第二原始数据集，一个x射线掩模被插入在x射线源与测试对象之间，x射线掩模具有：对x射线透明的至少一个区域，以及对x射线不透明的至少一个区域。

在此，关于是首先执行没有x射线掩模的扫描、还是首先执行具有x射线掩模的扫描，在原理上，对于该方法本身而言都是可行的，因此根据一个备选变形，该方法可以逆序执行。

在本上下文中，x射线掩模通常具有一个板状的形状，并且优选地，以与x射线检测器平行的方式被对准。在本上下文中，x射线掩模被用于阻挡x射线在某些方向上的传播，并且以这种方式来遮蔽x射线检测器上的某些区域，由于从x射线源到x射线检测器上的这些受遮蔽区域的直接路径受到阻挡，因此可以假设：仅散射x射线能够碰撞x射线检测器的这些受遮蔽区域。通过使用这种x射线掩模，能够使用已知原理来生成关于散射辐射的统计数据，其中所述统计数据是测试对象的特征，并且这种特征散射辐射将由数学散射辐射模型来描述。

针对散射辐射模型的参数，一方面，基于第一原始数据集、另一方面基于第二原始数据集，来进一步确定这些参数的参数值，其中这些参数值被用于校准散射辐射模型，并且因此适应于作为测试对象特征的统计数据。在此，根据一个变形，对这些参数值的确定借助于数据处理单元的评估工具而被半自动地执行，或者被数据处理单元完全自动地执行。在下文中，经校准的散射辐射模型被用于检查至少一个检查对象(即，待检查对象)，尽管检查对象与测试对象通常不同，但是检查对象通常与测试对象相似，其中通过x射线系统来扫描一个对应的检查对象，以生成一个第三个原始数据集。在本上下文中，为了生成第三原始数据集，x射线掩模从光束路径中被再次移除。备选地，检查对象也被用作测试对象。

然后，第三原始数据集通过经校准的散射辐射模型而被处理，以生成经校正的第三原始数据集，最后，基于经校正的第三原始数据集，一组x射线图像数据从检查对象而被生成。

如上文所述，有利地，以此方式校准的散射辐射模型不仅基于针对一个检查对象的检查，而且还基于针对不同检查对象(这些检查对象优选为彼此相似)的多次检查或扫描。因此，例如，通过x射线系统，可以渐进地检查一个批次中的多个已完成部件或组件的质量缺陷，其中出于以下原因而将一组相同参数值用于这些检查中的每个检查：对应部件或组件彼此非常相似，以使得可以假设在每种情况下均出现非常相似的散射辐射分布，并且可以假设散射辐射分布被经校准的散射辐射模型非常有效地描述，其中经校准的散射辐射模型具有所确定的一组参数值。在本上下文中，对于每个其他检查对象，另外的原始数据集(即第四原始数据集、第五原始数据集等)通过x射线系统而被生成，并且每个另外的原始数据集通过先前校准的散射辐射模型而被处理，以生成一个相关联的校正原始数据集。最后，基于每个校正原始数据集，来从对应的检查对象生成一组相关联的x射线图像数据。特别地，在这种情况下，优选地，多个检查对象中的一个检查对象(即，例如来自该批次的多个已完成部件中的一个部件，或者多个已完成组件中的一个组件)也被用作一个测试对象。

进一步优选地，数学散射辐射模型由校正函数表征，利用校正函数，来校正为获得一个原始数据集、而以x射线检测器的具有坐标u和v的一个像素测量的强度i(u,v)，其中这样校正的强度ik(u,v)被用于生成对应的校正原始数据集。在本上下文中，对应的校正原始数据集并非必须立即被用于生成x射线图像数据，而是例如可以首先被存储在一个永久性存储器中。然后，根据需要(有时在很晚的时间点)来生成相关联的一组x射线图像数据。

根据一个有利的变形，这一校正函数包括一个校正项ks(u,v)，该校正项ks(u,v)描述经测量的强度i(u,v)在校正期间要被去除的一个分量，该分量由来自x射线检测器外部的、碰撞具有坐标u和v的像素的散射辐射引起。

在一个有利变形中，校正项ks(u,v)被指定为一个函数f(p1(gp2*i)(u，v))，其中该函数的自变量被指定为：2d高斯函数gp2(u,v)与测量的强度i(u,v)的卷积、再与第一参数p1的乘积，并且其中第二参数p2对应于2d高斯函数的标准差。

进一步优选地，这里，该函数f被指定为一个简单的线性函数，即具有参数p3和p4的这种类型的函数f(p1(gp2*i)(u，v))＝p3(p1(gp2*i)(u，v))+p4。

如下这样的校正函数也是有利的，该校正函数包括校正项ku(u，v)，该校正项ku(u，v)描述测量的强度i(u，v)在校正期间要被去除的一个分量，其中上述分量由x射线检测器中的环境(特别是由多个相邻像素)对具有坐标u和v的像素的影响而引起。因此，该校正项ku(u，v)描述所谓的串扰，这种串扰特别地出现在具有闪烁体的间接变换x射线检测器中。

在本上下文中，优选地，对应校正项ku(u，v)＝p1(gp2*i)(u，v)还从第一参数p1与一个卷积的乘积而被获得，该卷积是一个归一化的2d高斯函数gp2(u，v)与测量的强度i(u，v)的卷积，其中第二参数p2对应于该2d高斯函数的标准差。

此外，优选地，数学散射辐射模型以及校正函数被保持为尽可能简单，并且因此根据一个优选实施例，校正函数恰好包括上述两个校正项ks(u，v)和ku(u，v)。然后，由此得到：

ik(u，v)＝i(u，v)-ks(u，v)-ku(u，v)＝i(u，v)-p3(p1(gp2*i)(u，v))+p4-p1(gp2*i)(u，v)。

如上文所述，在对数学散射辐射模型校准的上下文中，优选地，针对散射辐射模型的多个参数的多个参数值(即，每次校准有一组参数值)被确定。在本上下文中，优选地，将一组参数值中的、要被确定的多个参数值的数目保持为尽可能少，即，例如小于10，并且优选地小于6。如果散射辐射模型通过上述具有两个校正项ks(u，v)和ku(u，v)的校正函数而获得，则例如需要确定四个参数值，即p1、p2、p3和p4。

为了确定p1，则例如相对于强度iorm而绘制强度imrm，其中强度imrm在利用x射线掩模来生成第二原始数据集的期间被测量，而强度iorm在未利用x射线掩模的、第一原始数据集的生成期间而被测量。在这种上下文中，仅考虑所有被遮蔽的像素中的如下像素：即，当x射线掩模被施加时，能够被来自x射线检测器外部的散射x射线碰撞的所有像素。这导致一种类型的点云，其中每个点一方面针对在一次扫描期间用于获得x射线图像的每个方向，另一方面针对所考虑的每个像素。然后，p1被确定为：最大强度区域中的imrm/iorm的平均最小值，或者对imrm/iorm的鲁棒估计。

通过在不同点扩展函数上进行平均，例如可以进一步确定针对参数p2的参数值，其中不同点扩展函数可以被用于描述：一个被遮蔽区域与一个非遮蔽区域之间的过渡区域在x射线检测器上的强度分布。进一步优选地，还根据以下原理来执行上述确定：首先，将imrm中的被遮蔽区域内的投影图像iorm设置为0，从而创建一个图像i2。然后，i2与点扩散函数进行卷积，从而将强度转移到先前被设置为0的区域。最后，寻找点扩散函数，对这个点扩散函数而言，经卷积的i2与imrm之间的最可能一致性出现在这些被遮蔽区域内。这种搜索采取一种简单坐标搜索的形式。

对参数p3和p4的确定也例如基于一个示图来执行，在该示图中，相对于适配强度ia而绘制在具有施加x射线掩模的情况下得到的测量强度imrm，其中适配强度ia对应于：在没有施加x射线掩模的情况下得到的测量强度iorm减去校正项ku。这再次产生了一个点云，其中为了确定参数p3和p4，优选地，一条直线被插入，该直线与点云的多个外端相交，以作为多个插值点。然后，对应直线的斜率以及该直线与轴ia的交点产生了针对参数p3或p4的值。

此外，取决于变形和要求规范，校准数学散射辐射模型所需的x射线掩模通常包括：对x射线区域不透明的多个区域，特别是在一个表面上有规律排列、优选地有规律分布的多个区域。此处，通常，就对x射线不透明的对应区域的数目和/或对应区域的布置密度而言，这种数目和/或密度会随着检查对象(即，待检查的对象)的几何形状的复杂性而增加，这些检查对象要通过x射线系统并基于在此所描述的方法被检查。

在本上下文中，x射线掩模本身例如由对x射线透明的材料制成，并且为了形成对x射线不透明的区域，x射线掩模包括多个凹部，由对x射线不透明的材料制成的多个元件被插入在这些凹部中。

在本上下文中，为了本申请的目的，术语“不透明”和“透明”应被理解为意味着一个透明区域仅以较低程度来吸收x射线，也即，例如由塑料或具有相对低密度的另一材料制成，并且非透明区域以一个更大的程度来吸收x射线，即例如由金属或具有较高密度的另一材料制成。

然而，在本上下文中，也可以根据基本原理以相反方式实现x射线掩模，由此x射线掩模可以由对x射线不透明的材料制成、并且包括对x射线透明的多个区域(特别是有规律排列的多个区域)，或者x射线掩模可以被简单地实施为一种穿孔类型的掩模。然后，数学散射辐射模型可以被相应地适配。

此外，优选地，多个有规律排列的区域被实施为条纹状的、矩形的或椭圆形的(例如，也可以是圆形的)，在矩形实施例的情况下，进一步优选地，这些区域以棋盘图案的形式来排列。

x射线掩模的以下实施例也是有利的，其中x射线掩模包括数目少于200(优选地少于100，特别地少于50)的有规律排列的区域，优选地，这些有规律排列的区域还被布置为均匀分布在一个面上。

用以生成原始数据集的方式通常还要与相应的应用相适应，特别是与多个待检查对象的几何形状的复杂性相适应。在大多数情况下，在本上下文中，为了生成每个原始数据集，即在扫描过程期间，像通常的3d成像一样，多个x射线图像从不同方向被获得。

优选地，在本上下文中，为了生成每个原始数据集，从不同方向获得的x射线图像少于100个(进一步优选地少于60个，并且特别地少于40个)。然而，在特别简单的情况下，例如当由于质量缺陷而要检查轴向对称体(即，投影在不同方向上基本不发生改变的实体)或板状体时，来自一个方向的单个记录也是足够的。

附图说明

下面参考示意图来更详细地解释本发明的示例性实施例。在附图中：

图1示出了一个x射线系统的框图，

图2示出了一种方法的多个方法步骤的框图，

图3示出了一个第一强度分布的示图，以及

图4示出了一个第二强度分布的示图。

所有附图中的对应部分被给予相同的附图标记。

具体实施方式

通过下文的示例并在图1中描绘了一个x射线系统2，x射线系统2包括一个x射线源4、一个具有多个像素8的x射线检测器6和一个数据处理单元10，并且x射线系统2被实施为用于多种工业应用的一个计算机断层扫描仪。在此，x射线检测器6被实施为一个间接变换x射线检测器6，间接变换x射线检测器6的多个像素8以覆盖较大面积的方式被排列成多个行和多个列。x射线系统2还包括一个x射线掩模12，x射线掩模12可以根据需要被移动到x射线源4的锥形光束中，或从锥形光束中移出。

在本上下文中，如果被定位于x射线源4的锥形光束中，则x射线掩模12一方面位于x射线检测器6的上游，并且另一方面位于针对多个对象14(测试对象和检查对象两者)的容器的上游，并且被用于遮蔽x射线检测器6上的多个区域。为此，x射线掩模12具有板状形状，并由对x射线透明的基本材料16(例如，塑料)制成，并且x射线掩模12包括有规律排列的多个容器，多个吸收元件18被插入在这些容器中，这些吸收元件18由一种对x射线不透明的材料(例如金属)制成。在本上下文中，多个吸收元件18在基本材料16中有规律地排列，这种排列形成一种类型的棋盘图案。

在该实施例中，x射线系统2可以被用于生成x射线图像数据，并且因此生成多个待检查对象(即多个检查对象)的多个x射线图像，以便例如检验它们的质量缺陷。在本上下文中，x射线系统2允许生成x射线图像数据，利用x射线图像数据，所谓的散射辐射(即散射的x射线)对图像质量的不利和不希望的影响得以减少。通过使用一个数学散射辐射模型，使得能够减少这种不希望的影响，数学散射辐射模型被保持驻留在数据处理单元10中，并且在从多个待检查对象生成x射线图像数据期间被考虑。

优选地，数学散射辐射模型是相对简单的模型，这种模型在在以下情况下被指定为大致是一次性的，这些情况例如是：在数据处理单元10的配置期间，或者在对x射线系统2和/或数据处理单元10维护的上下文中；并且这种模型随后在x射线系统2的操作期间被使用。在本上下文中，对应的数学散射辐射模型包括被用于校准数学散射辐射模型的多个参数，并且因此这些参数可以容易地与不同的待检查对象相适应。

在本上下文中，在工业应用的情况下，由于此时通常存在大量非常相似的多个对象要检查，所以校准通常较不频繁地被执行。在这种情况下，一次性校准被执行，并且随后多个对象14通过x射线系统2被检查，其中相同校准被用作每次检查的基础，即：在每次从一个对应的待检查对象生成x射线图像数据时，相同校准被用作每次检查的基础。例如，如果要通过x射线系统2来检验一个批次的产品的质量缺陷，则针对这一批次来执行一次性校准，并且确定针对数学散射辐射模型的多个参数的一组参数值，并且随后该组参数值和利用该组参数值被校准的数学散射辐射模型被用作对该批次中产品的所有检查的基础。

在本上下文中，为了校准数学散射辐射模型，首先，一个测试对象被定位在x射线系统2中，其中测试对象是多个待检查对象中的一个待检查对象，或者是与待检查对象非常相似的对象。随后，执行两次扫描，并且因此生成两个原始数据集，其中在这两次扫描中的一次扫描中，即在生成一个原始数据集期间，x射线掩模12被使用，并且为此被移动到x射线源4的锥形光束中。

然后，这两个原始数据集被评估，并且这两个原始数据集被用作确定一组参数值的基础。然后，这些参数值被用于校准散射辐射模型，此后x射线图像数据从多个待检查对象被生成，以便检查这些对象的质量缺陷。在本上下文中，这些待检查对象一个接一个地被定位在x射线系统2中，并且通过x射线系统2被扫描，其中针对每个待检查对象14，生成一组原始数据(即原始数据集)。然后，来自这些待检查对象的对应原始数据集借助于先前经校准的数学散射辐射模型被各自处理，并且因此来自这些待检查对象的每个原始数据集被用作生成校正原始数据集的基础。最后，校正原始数据集被用作生成x射线图像数据的基础，以此方式，散射辐射的影响得以减少。

在本上下文中，取决于应用、并且特别地取决于待检查对象的几何形状的复杂性，对应扫描包含来自不同方向的一个或多个x射线图像。

此外，图2以框图的形式描绘了通过x射线系统2实现的方法。该方法包括其基本组成部分a、b、c和d，即：指定一个数学散射辐射模型a，借助于一个测试对象来校准数学散射辐射模型b，从至少一个检查对象生成x射线图像数据c，以及可选的图像后处理或图像评估d。

在此，校准b至少包括：从一个测试对象生成第一原始数据集b1；从测试对象生成第二原始数据集b2，其中为了生成第二原始数据集b2，x射线掩模12被插入在x射线源与测试对象之间；通过第一原始数据集和第二原始数据集的联合评估，来校准数学散射辐射模型b3；以及对经校准的数学散射辐射模型或至少对多个参数值进行中间存储b4，该多个参数值在对该数学散射辐射模型的多个参数进行校准的上下文中被确定。

图像数据的生成c依次至少包括：从一个检查对象生成一个第三原始数据集c1；借助于经校准的散射辐射模型来处理第三原始数据集，并且生成经校正的第三原始数据集c2；以及基于经校正的第三原始数据集，从检查对象生成一组x射线图像数据c3。

如上文所提到的，在校准数学散射辐射模型的上下文中，针对散射辐射模型的多个参数而确定多个参数值，即对于每个校准具有一组参数值。在示例性实施例中，数学散射辐射模型通过一个校正函数被获得，该校正函数包括四个参数p1、p2、p3和p4。

然后，为了确定p1，在具有x射线掩模12的情况下的测量强度imrm相对于在没有x射线掩模12的情况下的测量强度iorm被绘制。这考虑了所有被遮蔽的像素8，即：在具有施加x射线掩模12的情况下、仅能够由来自x射线检测器6外部的散射x射线碰撞的所有像素8。这产生一种类型的点云，其中一个点一方面针对已从其获得x射线图像的每个方向，另一方面针对被考虑的每个像素8。相关联的示图被示出在图3中。然后，p1被确定为imrm/iorm的一个平均最小值。在图3中，虚线具有斜率p1，并且在没有一个施加x射线掩模12的情况下，在最大强度区域中与点云相交。

通过在不同头部扩展函数上进行平均，例如可以进一步确定针对参数p2的参数值，其中不同头部扩展函数可以被用于描述：一个被遮蔽区域与一个非遮蔽区域之间的过渡区域中在x射线检测器6上的强度分布。

参数p3和p4的确定也例如基于图4所示的示图被执行。此处，在具有施加x射线掩模12的情况下测量强度imrm相对于一个适配强度ia被绘制，其中适配强度ia对应于在没有施加x射线掩模12的情况下的测量强度iorm减去校正项ku(u，v，)＝p1(gp2*i)(u，v)，，其中u和v描述多个像素8的位置。这再次产生了一个点云，其中在该示例性实施例中，为了确定参数p3和p4，一条直线被插入，该直线与点云的多个外端相交。对应直线在图4中被示出为虚线。然后，对应直线的斜率及其与轴ia的交点产生参数p3和p4的值。

本发明不限于上述示例性实施例。相反，本领域技术人员也可以在不脱离本发明的主题的情况下从其中得出其他变形。此外，特别地结合该示例性实施例描述的所有单独特征也可以在不脱离本发明的主题的情况下以另一种方式相互组合。