CN103384498B - 探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测装置，其包括用于过滤锥形辐射束（4）的滤波器（20），使得生成辐射束的具有不同能量谱的至少第一区域（22）和第二区域（23），其中，所述辐射束的所述第一区域辐照探测器探测表面（21）上的第一探测器面积（25），从而生成第一探测值集合，辐射束的第二区域辐照探测表面上的第二探测器面积（26），从而生成第二探测值集合。例如，利用滤波器，可以将探测装置用作双能量计算机断层摄影装置，其中，例如可以通过将滤波器添加到标准计算机断层摄影装置中，将标准计算机断层摄影装置变换成双能量计算机断层摄影装置，优选地不更改辐射源和探测器。

Description

探测装置

技术领域

本发明涉及一种探测装置、一种探测方法和一种探测计算机程序。

背景技术

PaulStolzmann等人在SOMATOMSessions，2007年11月，第49页至51页的文章“DualSourceCT:DetectingUrinaryStonesbySpiralDualEnergyComputedTomographyWithVirtualNon-EnhancedImages”公开了一种包括双X射线管用不同的能量谱发射X射线的双能量计算机断层摄影装置。X射线穿过感兴趣区域后，被探测器探测，而两个X射线管绕着感兴趣区域旋转以在不同方向辐照感兴趣区域。探测器生成两组探测值集合，其对应于两个X射线管的X射线光谱，并且重建单元从这两组探测值集合重建感兴趣区域的两个图像。这种双能量计算机断层摄影装置在技术上相对复杂。

EP1384440A2公开了一种CT成像***，其包括具有多个探测器单元的探测器阵列。借助于探测器阵列和X射线源之间的能量滤波器，可以实现不同的探测器单元接收不同谱范围的X射线。处理器将从相应的探测器数据确定谱信息。

US2010/172464A1公开了一种CT行李扫描机，在所述CT行李扫描机中，在X射线源和X射线探测器之间设置具有棋盘图样的滤波器。于是，利用不同谱的X射线辐照探测器阵列的单元。

EP1734405A2公开了一种射线照相成像设备，其中，利用不同的X射线谱产生相继的帧。可以分别通过在X射线源前方设置或从那里移开滤波器来生成不同的X射线谱。

发明内容

本发明的目的是提供一种探测装置、一种探测方法和一种探测计算机程序，允许以更低的技术复杂性生成对应于不同能量谱的不同探测值集合。

在本发明的第一方面中，提供了一种探测装置，其中，所述探测装置包括：

-辐射源，用于生成穿过检查区之内的感兴趣区域的锥形辐射束，

-具有均一探测表面的探测器，用于生成指示穿过感兴趣区域之后的辐射束的探测值，

-移动单元，用于沿绕着旋转轴的螺旋轨迹将所述辐射源和所述感兴趣区域相对于彼此移动，以允许所述辐射束在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器生成所述探测值，

-用于过滤辐射束的滤波器，其使得生成辐射束的具有不同能量谱的至少第一区域和第二区域，其中，所述辐射束的第一区域辐照所述探测表面上的第一探测器面积，从而生成第一探测值集合，所述辐射束的第二区域辐照探测表面上的第二探测器面积，从而生成第二探测值集合，

-控制单元，其用于控制所述探测装置，使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的。

利用滤波器，可以通过技术上较简单的方式生成对应于不同能量谱的不同的探测值集合。例如，利用滤波器，可以将探测装置用作双能量计算机断层摄影装置，其中，例如可以通过向标准计算机断层摄影装置增加滤波器，将标准计算机断层摄影装置变换为双能量计算机断层摄影装置，优选地，不更改辐射源和探测器。

滤波器可以针对探测器的不同探测器像素创建不同的能量过滤。所述滤波器适于使得所述辐射束的第一区域与所述辐射束的第二区域相比以不同方式被滤波。例如，能够以与辐射束的第二半相比不同方式过滤辐射束的第一半。滤波器可以具有不同材料、不同厚度、不同密度等，用于以不同方式过滤辐射束的第一区域和第二区域。滤波器可以适于以不同方式过滤辐射束的其他区域。例如，可以通过不同方式对辐射束的第三、第四等区域全部进行滤波。

第一区域和第二区域优选地并排定位，其中，第一区域和第二区域在旋转轴的方向上相邻。

所述第一探测器面积和所述第二探测器面积之间的边界能够与所述旋转轴包围0度和90度范围之内的角度。在优选的实施例中，这个角度为90度。在另一优选实施例中，这个角度大于0度小于90度。

在实施例中，所述滤波器适于使得所述辐射束的第一区域被滤波，所述辐射束的第二区域不被滤波。这样能够以较为简单的方式提供对应于不同能量谱的第一探测值集合和第二探测值集合。

在另一实施例中，所述探测器、所述辐射源和所述滤波器适于使得所述第一探测器面积是所述探测器的探测表面的第一半，所述第二探测器面积是所述探测器的探测表面的第二半，其中，所述探测表面的所述第一半和所述探测表面的第二半在所述旋转轴的方向上相邻。这样还允许以较为简单的方式生成两组探测值集合，它们是冗余的并且对应于不同的能量谱。

所述滤波器可以适于使得第一区域和第二区域中的至少一个包括具有相等能量谱的几何分离的子区域，即，区域的子区域具有相同的能量谱。

在实施例中，所述滤波器适于使得第一区域包括在旋转轴的方向上包围第二区域的两个子区域。这意味着，第一区域的第一子区域、第二区域，以及第一区域的第二子区域在旋转轴方向上按照该顺序并排相邻。优选所述滤波器适于使得所述探测装置能够以采集模式工作，其中，所述辐射束的所述第二区域辐照所述第二探测器面积，使得所述第二探测器面积至少包括所述探测表面上的Tam-Danielsson窗，所述辐射束的第一区域的两个子区域辐照所述第一探测器面积的两个子探测器面积。如果第二探测器面积至少包括探测表面上的Tam-Danielsson窗，则可以生成在数学意义上精确的相应的第二探测值集合，从而，允许以更少的伪影进行重建。由于Tam-Danielsson窗相对于旋转轴位于探测表面的中心，因而辐射束优选具有在更大锥角上的第一区域的两个子区域和中央第二区，其中，第一区域的两个子区域以同样方式被滤波，因此包括相同的能量谱，并且其中，第二区域被以不同方式滤波并包括另一能量谱。

在实施例中，所述滤波器适于使得第二探测器面积和第一探测器面积的两个子探测器面积之间的边界形成直线。由于边界形成直线，因而能够较为容易地制造滤波器。此外，直线导致第二探测器面积之内的冗余数据，可以将其用于减少从第二探测值集合重建的图像中的噪声。滤波器可以适于使得所述第二探测器面积和所述第一探测器面积的两个子探测器面积之间的边界与所述旋转轴包围90度角。这样的滤波器更容易制造。

优选所述滤波器适于使得所述探测装置能够以采集模式工作，其中，探测值集合是完整的数据集。具体而言，可以由探测值集合提供两个或更多完整的数据集，其中，在可以独立于其他组的探测值精确地或近似地重建整个感兴趣区域的意义上，每探测值集合是完整的。换言之，滤波器可以适于将Radon空间分成几个不同的部分，其中，可以独立于Radon空间的其他部分从Radon空间的这些部分之一重建感兴趣区域。这些部分，即，对应的探测值集合，是冗余的，并且在谱上不同。

优选地，如果由辐射束的相应区域在至少180度上辐照要重建的所有对象点，则探测值集合是完整的。优选所述滤波器适于使得对于螺旋轨迹的小螺距，能够生成探测值的至少两个集合，其满足完整性标准。具体而言，优选可以操作探测装置，使得能够同时，即在单次扫描中，生成这些不同的探测值集合。

在优选实施例中，所述探测装置还包括重建单元，用于从所述第一探测值集合重建所述感兴趣区域的第一图像并从所述第二探测值集合重建所述感兴趣区域的第二图像。优选所述重建单元适于向所述第一图像和第二图像应用组分分解技术，以确定第一组分衰减图像和第二组分衰减图像，所述第一组分衰减图像指示由所述感兴趣区域之内的第一衰减组分导致的衰减，所述第二组分衰减图像指示由所述感兴趣区域之内第二衰减组分导致的衰减。重建单元可以适于应用分解技术，其确定多于两个组分衰减图像。例如，可以考虑三个或更多衰减组分。衰减组分可以表示像感兴趣区域之内不同基础材料的材料，例如，骨骼、软组织、造影剂等，和/或衰减组分可能表示不同的物理效应，像光电效应和康普顿效应。

探测装置可以适于如下应用中的至少一种：材料分离、造影剂标定、虚拟无造影剂成像、单能量成像。对于造影剂标定，造影剂优选位于感兴趣区域之内。造影剂可以包括碘，在计算机断层摄影图像中它是看得见的。

可以通过将感兴趣区域之内的不同材料视为不同衰减组分来进行材料分离。例如，可以确定第一图像和第二图像，其中，第一图像仅示出了第一材料，第二图像仅示出了第二材料。

在计算机断层摄影扫描中，施予造影剂，这对于获得造影剂在人体中的分布图是重要的，至少定性地。这可以通过如下方式从两个谱数据集实现：（a）利用两个重建图像将每个图像体素识别为包含或不包含造影剂的体素，（b）借助于第一和第二图像中相应的吸收值，具体而言，借助于两个图像中相应的霍斯菲尔德（Hounsfield）单位值，量化造影剂的量。将这样获得的图像视为造影剂图。从造影剂图和两个谱数据集，还可以导出虚拟无造影剂图像，其显示解剖图像信息并抑制谱图像中由于造影剂导致的超致密区域，类似于原始CT扫描。最后，可以显示单能量图像，其中从两个谱图像中的对应体素值导出局部体素值，并近似于给定能量下组织的衰减。

在实施例中，所述辐射源和所述探测器中的至少一个适于生成能量分辨的探测数据，使得不同的探测值集合被分成对应于不同能量的探测值的子集合。例如，所述探测器是用于生成能量分辨的探测数据的能量分辨探测器，使得不同组的探测值被分成对应于不同能量的探测值的子集合。探测器可以包括双层，其中，彼此叠置地装配两个闪烁体晶体，这是一种将探测值分辨为两个能量的构造。在双层技术中，低能量光子优选在前层中配准，高能量光子在后层中配准，获得对探测器而言两个谱上不同的有效谱。与生成与两个不同能量相对应的探测值的两个集合的滤波器相组合，可以生成与四个不同能量相对应的探测值的四个子集合。于是，探测装置可以适于执行四能量计算机断层摄影。额外地或备选地，辐射源可以适于发射具有不同能量谱的X射线。例如，辐射源能够包括发射具有不同能量谱的X射线的两个X射线管。在采集探测值期间，两个X射线管能够交替地发射X射线，用于生成能量分辨的探测数据。与生成与两个不同能量相对应的探测值的两个集合的滤波器相组合，可以生成与四个不同能量相对应的探测值的四个子集合。

在本发明的另一方面中，提供了一种探测方法，其中，该探测方法包括：

-由辐射源生成穿过检查区之内的感兴趣区域的锥形辐射束，

-由均一探测表面的探测器生成指示穿过感兴趣区域之后的辐射束的探测值，

-由移动单元沿绕着旋转轴的螺旋轨迹将所述辐射源和所述感兴趣区域相对于彼此移动，以允许所述辐射束在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器生成所述探测值，

-由滤波器对辐射束进行滤波，从而至少生成辐射束的具有不同能量谱的第一区域和第二区域，其中，辐射束的第一区域辐照探测表面上的第一探测器面积，从而生成第一探测值集合，辐射束的第二区域辐照探测表面上的第二探测器面积，从而生成第二探测值集合，

-由控制单元控制所述探测装置，使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的。

在本发明的另一方面中，提供了一种探测计算机程序，其中，该探测计算机程序包括程序代码模块，当所述探测计算机程序在控制根据权利要求1所述的探测装置的计算机上运行时，所述程序代码模块用于令所述探测装置执行根据权利要求14所述的探测方法的步骤。

应当理解，根据权利要求1所述的探测装置、根据权利要求14所述的探测方法和根据权利要求15所述的探测计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所定义。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。

附图说明

在附图中：

图1示意性和示范性地示出了作为探测装置的计算机断层摄影装置的图示，

图2示意性和示范性地示出了用于过滤探测装置辐射束的滤波器的图示，

图3和图4示范性地示出了计算机断层摄影装置的探测器的探测表面的图示，

图5示范性地示出的流程图图示了作为探测方法的计算机断层摄影方法的实施例，以及

图6到图8示范性地示出了探测表面的进一步图示，其中，以不同方式例示了中央探测器面积和外部探测器面积，并且其中，中央探测器面积包括Tam-Danielsson窗。

具体实施方式

图1示意性和示范性地示出了用于为检查区5内的感兴趣区域成像的探测装置，即计算机断层摄影装置。计算机断层摄影装置30包括能够绕平行于z方向延伸的旋转轴R旋转的扫描架1。辐射源2生成穿过检查区5的锥形辐射束。辐射源2包括X射线管12和从X射线管12生成的辐射形成锥形辐射束4的准直器3。辐射4穿过目标（未示出)，例如患者，和优选位于目标内的感兴趣区域，在本实施例中感兴趣区域为圆柱状。辐射束4穿过感兴趣区域后入射到包括二维均一探测表面21的探测器6上，其中，与标准计算机断层摄影装置中常用的方式类似地构造探测器的不同探测像素。探测器6安装在扫描架1上。

计算机断层摄影装置还包括图2中示意和示范性示出的滤波器20。图2仅示出了展示滤波器20功能所需的计算机断层摄影装置30的一些部件。滤波器20可以集成在准直器3之内，或者滤波器20可以被布置为使得在准直前或准直后对辐射进行过滤。

滤波器20过滤焦斑24发射的辐射束4，以生成具有不同能量谱的辐射束4的第一区域22和第二区域23。辐射束4的第一区域22生成第一探测值集合，辐射束4的第二区域23生成第二探测值集合。滤波器20适于使得与辐射束4的第二区域23相比，辐射束4的第一区域22以不同方式被过滤。具体而言，与辐射束4的后半部分相比，以不同的方式过滤辐射束4的前半部分。滤波器20可以具有不同的材料，不同的厚度，不同的密度，等等，用来以不同方式过滤辐射束4的第一区域22和第二区域23。在其他实施例中，滤波器可以适于以不同方式过滤辐射束4的其他区域。例如，辐射束4的第三、第四区等都能被不同地过滤。第一区域22和第二区域23并排定位，其中，第一区域22和第二区域23在旋转轴R的方向上相邻。

在该实施例中，辐射束4的第一区域22辐照探测表面21上的第一探测器面积25，从而生成第一探测值集合，辐射束4的第二区域23辐照探测表面21上的第二探测器面积26，从而生成第二探测值集合。具体而言，探测器6、辐射源2和滤波器20适于使得第一探测器面积25是探测器6的探测表面21的第一部分，第二探测器面积26是探测器6的探测表面21的第二部分，其中，探测表面21的第一探测器面积25和探测表面21的第二探测器面积26在旋转柱R的方向上相邻。

图3中也示出了第一探测器面积25和第二探测器面积26。第一探测器面积25与第二探测器面积26之间的边界与旋转轴R包围90度角28。然而，这个角度也可以具有另一值，其可以近乎为零，并且不同探测器面积（对应于辐射束的不同区域）之间的边界不必为直线，而是也可以为曲线。

图4示意性和示范性地示出了探测表面21的另一个图示。根据图4，探测器、辐射源和滤波器可以适于使得由经滤波辐射束的第一区域辐照的第一探测器面积35和由经滤波辐射束的第二区域辐照的第二探测器面积36被边界37分开，其包围大于0度小于90度的角38。与零度角相比，由于边界37不与旋转轴R对准，可以使用与旋转中心对应的探测值。优选地，角38在10度到30度的范围内。

计算机断层摄影装置包括两个电动机7，8。电动机7优选以恒定但是能够调节的角速度驱动扫描架。提供电动机8以使对象发生位移，对象例如是布置在检查区5中与旋转轴R轴或者z轴平行的患者台上的患者。电动机7，8被控制单元9控制以使辐射源2和检查区5之内的感兴趣区域沿着螺旋轨迹相对运动。扫描架1和电动机7，8可以被视为移动单元，用于使辐射源2和感兴趣区域围绕旋转轴R沿着螺旋轨迹相对运动，以允许辐射束4沿不同方向穿过感兴趣区域，同时探测器6生成探测值。在辐射源2和感兴趣区域的相对移动期间，探测器6生成表示已穿过感兴趣区域的辐射束4的探测值。

控制单元9适于控制计算机断层摄影装置30，使得第一探测值集合和第二探测值集合是冗余的。具体而言，滤波器20适于使得计算机断层摄影装置能够被控制在多探测值集合为完整数据集的采集模式中。优选地，可以提供探测值的两个或者更多完整集合，其中，在整个感兴趣区域能够独立于其他组的探测值被精确地或者近似重建的意义上，每组探测值集合是完整的。换言之，滤波器20优选适于把Radon空间***为几个不同的部分，其中，能够独立于Radon空间的其它部分从Radon空间的这些部分之一重建感兴趣区域。这些部分，即探测值的对应集合，是冗余的并且在谱上不同。

如果要重建的感兴趣区域之内的所有点都被辐射束4的相应区至少在180°上辐照，那么该探测值集合是完整的。滤波器20优选地适于使得对于螺旋轨迹的低螺距，能生成至少两组探测值集合，每组都符合完整性标准。具体而言，能够操作计算机断层摄影装置30，使得使这些不同组的探测值能同时，即在单次扫描中，生成。

这些不同的探测值集合，在本实施例中是不同的投影数据的集合，被提供给重建单元10，用于从第一探测值集合重建感兴趣区域的第一图像并从第二探测值集合重建感兴趣区域的第二图像。控制单元9优选还控制重建单元10。重建单元10可以适于使用诸如滤波后向投影算法、代数重建算法、Radon逆变换算法的重建算法，从第一探测值集合重建第一图像并从第二探测值集合重建第二图像。

重建单元10还适于对第一图像和第二图像应用组分分解技术以确定第一组分衰减图像，其指示感兴趣区域内第一衰减组分造成的衰减，和第二组分衰减图像，其指示感兴趣区域内第二衰减组分造成的衰减。例如，感兴趣区域内不同的衰减组分可以是不同的材料，诸如骨骼、软组织、造影剂等和/或感兴趣区域内的衰减组分可能涉及到不同的物理效应，如康普顿效应、光电效应、K-边效应等。

可以根据以下方程来执行组分分解技术：

$\mathrm{\μ}(E_1,x,y)={\mathrm{\μ}}_1^B\left(E_1\right){\mathrm{\ρ}}_1(x,y)+{\mathrm{\μ}}_2^B\left(E_1\right){\mathrm{\ρ}}_2(x,y)---\left(1\right)$ 和

$\mathrm{\μ}(E_2,x,y)={\mathrm{\μ}}_1^B\left(E_2\right){\mathrm{\ρ}}_1(x,y)+{\mathrm{\μ}}_2^B\left(E_2\right){\mathrm{\ρ}}_2(x,y)---\left(2\right)$

在方程(1)和(2)中，μ(E₁,x,y)表示第一图像，μ(E₂,x,y)表示第二图像，E₁表示经滤波的辐射束的第一区域的平均能量，E₂表示经滤波的辐射束的第二区域的平均能量，x,y表示相应图像之内的空间坐标，表示针对第一衰减组分的已知的能量相关衰减方程，表示针对第二衰减组分的已知能量相关衰减方程，ρ₁(x,y)表示第一衰减组分的未知密度，ρ₂(x,y)表示第二衰减成分的未知密度。运用两个方程(1)和(2)，可以确定两个未知密度ρ₁(x,y)和ρ₂(x,y)。在方程(1)和(2)中，仅使用了两个空间坐标x和y。然而，方程(1)和(2)可相似地应用在三维图像中。

重建单元10优选适于以下应用中至少一种：材料分离、造影剂标定、虚拟无造影剂成像和单能量成像。

材料分离是通过将感兴趣区域之内诸如骨骼、软组织、造影剂等不同的材料视为不同的衰减组分而进行的。例如，可以确定第一和第二组分衰减图像，其中，第一组分图像只示出第一材料，而第二组分图像只示出第二材料。例如，可以将骨骼图像、软组织图像和/或者造影剂图像确定为组分衰减图像。

对于造影剂标定，重建单元10优选地适于生成造影剂图，特别地，如果感兴趣区域内的造影剂是碘的话，则为碘图。造影剂图至少定性地描述感兴趣区域内造影剂的分布，例如，感兴趣区域中存在的人体之内造影剂的分布。重建单元可以适于通过如下方式从第一图像和第二图像生成造影剂图：（a）使用两个重建图像作为包含或不包含造影剂的体素来识别每个图像体素，以及（b）在第一图像和第二图像中，利用吸收值，尤其是霍斯菲尔德单位值来量化造影剂的量。例如，可以通过研究图像元在二维散射图中的位置，用两个重建图像作为包含或不包含造影剂的图像元来识别每个图像元，其中，二维散射图的两个轴由μ(E₁,x,y)和μ(E₂,x,y)定义。可以在二维散射图中提供预定义的分离线，其中，分离线旁边的与其他图像元（例如，可能代表钙化）分开的图像元包含造影剂。例如，可以通过钙化测量来预定义分离线。在R.Carmi等人的如下文献中更详细公开了这样识别图像体素为包含或不包含造影剂的体素以及造影剂量的可能量化：“MaterialSeparationwithDual-LayerCT”，ProceedingsofIEEENuclearSymposium2005,Conferencerecord2005;4:1876-1878,2005，在此通过引用将其并入。

例如，虚拟无造影剂图像示出解剖图像信息，其中，由造影剂造成的超致密的超致密区被抑制，从而生成原始计算机断层摄影图像扫描。重建单元10能够适于从所生成的造影剂图和第一和第二图像生成虚拟无造影剂图像。例如，从造影剂图，尤其是从碘图，可以针对标记为含有造影剂的每个图像元，尤其是每个体素，来估计造影剂对总衰减量的贡献。为估计造影剂对相应图像元的总衰减的贡献，可以使用造影剂图定义的相应图像元的造影剂近似量和已知的造影剂衰减曲线。通过从第一和第二图像中减去此估计量，可以独立地为第一和第二图像中的每个重建虚拟无造影剂图像。

单能量图像包括从第一和第二图像内对应图像值导出的图像值，特别是体素值，其中，单能量图像的图像值近似给定能量下感兴趣区域之内的衰减。

一旦确定了密度图像ρ₁(x,y)和ρ₂(x,y)，就能够从方程（1）和（2）导出单能量图像。具体而言，由于密度图像已被确定，并且取决于能量的衰减函数和是已知的，因而能够根据以下方程针对任意能量E确定单能量图像μ(E,x,y)：

$\mathrm{\μ}(E,x,y)={\mathrm{\μ}}_1^B\left(B\right){\mathrm{\ρ}}_1(x,y)+{\mathrm{\μ}}_2^B\left(E\right){\mathrm{\ρ}}_2(x,y)---\left(3\right)$

可以对任意能量都这样做，因此可以针对每个体素独立地显示整个取决于能量的衰减曲线。

生成的图像可以提供给用于显示图像的显示器11。

以下将参照图5所示的流程图示范性地描述探测方法的实施例。

在步骤101中，辐射源2生成穿过检查区5内的感兴趣区域的锥形辐射束。在移动单元1，7，8使辐射源2和感兴趣区域绕旋转轴沿螺旋轨迹相对移动以使辐射束4在不同的方向穿过感兴趣区域的同时，探测器6生成指示已穿过感兴趣区域之后的辐射4的探测值。生成探测值的探测器6具有均一探测表面21。在穿过感兴趣区域前，辐射束4被旋转轴R的方向上的滤波器20过滤，以至少生成辐射束4的具有不同能量谱的第一区域22和第二区域23，其中，辐射束4的第一区域22生成第一探测值集合，辐射束4的第二区域23生成第二探测值集合。在探测值生成期间，控制单元9控制计算机断层摄影装置以使得第一探测值集合和第二探测值集合是冗余的。

在步骤102中，重建单元10从第一探测值集合重建感兴趣区域的第一图像，并从第二探测值集合重建感兴趣区域的第二图像。在步骤103中，重建单元10对第一图像和第二图像应用组分分解技术来确定第一组分衰减图像和第二组分衰减图像，第一组分衰减图像表示感兴趣区域内第一衰减组分造成的衰减，第二组分衰减图像表示感兴趣区域内第二衰减组分造成的衰减。在步骤104中，显示器11示出第一组分衰减图像和第二组分衰减图像中的至少一个。重建单元10也可以生成更多的图像，如造影剂图、虚拟无造影剂图像或单能量图像，其可示出在显示器11上，做为第一衰减组分图像和第二衰减组分图像的替代或补充。

例如，可以通过更改用于计算机断层摄影的最新产品来实现上述计算机断层摄影装置。不用复杂的硬件改变就能提供双能量应用的功能。具体而言，例如，通过使用滤波器20，无需更改非能量分辨的计算断层摄影装置的X射线管或者X射线探测器，就可实现两个或更多不同的谱测量。滤波器也可以被视为孔径过滤掩模，其可以被置入X射线锥形射束中，以针对不同的探测器像素创建不同的过滤，其中，在螺旋计算机断层摄影采集模式下探测到探测值。

对于低螺距螺旋计算机断层摄影采集模式，Radon空间中的数据特征在于相当高程度的冗余。通常，在针对这些采集模式的近似重建方法中，必须使用适当的加权方案处理那些冗余并在重建视场内，即在感兴趣区域内，重建图像。上文参照图1所述的计算机断层摄影装置通过利用滤波器20解决了这些冗余，所述滤波器是把Radon空间内的数据分为两个不同部分的准二元滤波器掩模。优选地，在能独立于Radon空间内另一部分数据近似重建整个感兴趣区域的意义上，每个部分是完整的。在实施例中，设计滤波器，使得Radon数据的两个部分可以是几何冗余的，但谱尽可能不同。在实施例中，可以通过提供X射线滤波器靠近X射线管的焦斑以屏蔽探测表面的一半，同时保持射束的另一半不被滤波或不同地滤波或较弱地滤波来实现这个目的。

为重建第一图像和第二图像，重建单元10可适于执行光圈加权的楔形重建算法，以重建第一图像和第二图像。

尽管在上文参照图1和2所述的实施例中，滤波器20具有特定结构，但在其他实施例中，滤波器可以具有另一种结构。滤波器优选地适于为两个或更多体数据集的重建优化Radon空间内数据的分离。在实施例中，滤波器可以适于使得辐射束的第一区域和第二区域中的至少一个包括具有相等能量谱的几何分离的子区域，即区域的子区域具有相同的能量谱。该滤波器优选地适于使得第一区域包括两个在旋转轴R方向上围住第二区域的子区域。这意味着第一区域的第一子区域，第二区域以及第一区域的第二子区域在旋转轴R方向上按照该顺序并排。滤波器可以适于使得计算机断层摄影装置能够以采集模式工作，其中，辐射束的第二区域至少辐照探测表面上的Tam-Danielsson窗，而辐射束的第一区域的两个子区域辐照探测表面的其余部分。因此，滤波器可以适于使得能够保证Tam-Danielsson窗的辐照。这样能够重建不受半影效应影响的第一和第二图像，半影效应可能是像图2所示的滤波器20这样的二元滤波器在探测器上的边界生成的。

图6示意性和示范性地示出了探测表面21，其中，由辐射束的第一区域辐照第一探测器面积的两个子探测器面积45，47，并且其中，由辐射束的第二区域辐照探测表面21的第二探测器面积46。在图6中，第二探测器面积46为Tam-Danielsson窗。

图7示意性和示范性地示出了探测表面21的另一种可能辐照。在该实施例中，滤波器可以适于使得探测装置能够以采集模式工作，其中，辐射束的第二区域辐照第二探测器面积56，其包括并大于探测表面21上的Tam-Danielsson窗，并且辐射束的第一区域的两个子区域辐照两个子探测器面积55，57，在探测表面21上形成第二探测器面积。在图7中，第一探测器面积55，57和第二探测器面积56之间的边界为直线，其不与旋转轴R垂直。

图8示意性和示范性地示出了探测表面21的另一种可能辐照。同样在该实施例中，调整滤波器以使探测装置能够以采集模式工作，其中，辐射束的第二区域辐照探测器面积66，使得其包括并大于探测表面21上的Tam-Danielsson窗，并且辐射束的第一区域的子区域辐照第一探测器面积的两个子探测器面积65，67。在该实施例中，边界69，70为直线并与旋转轴R垂直。

重建单元可以适于对第一探测值集合应用孔径加权的楔形重建算法，以重建第一图像，并对第二组探测器应用该算法以重建第二图像。如果第一和第二探测器面积之间的边界不是垂直于旋转轴的直线，则可以调整孔径加权楔形重建期间执行的探测值的过滤，从而考虑探测值的横向截断。可以使用像Cho匹配这样的数据扩展来执行这种适配，其中，使用互补探测值，即来自相对的源位置的探测值，创建未截断探测值。例如，在PaulS.Cho等人的以下文章中公开了数据扩展：“Cone-beamCTforradiotherapyapplications”，Phys.Med.Biol.40(1995)1863页到1883页，在此通过引用并入本文。可以在数据扩展前或扩展后重新分装成楔形几何结构。在斜变滤波之后，可以对探测值进行后向投影。与图7和图8中示出的第二探测器面积对应的探测值与探测表面21上大于Tam-Danielsson窗的区域对应。因此在第二探测器面积中提供了冗余探测值，允许进行过扫描加权。

重建单元也可以适于执行任何其他重建算法。例如，重建单元可以适于执行迭代重建，例如，如J.M.Fritzpatrick和M.Sonka编辑的如下文章中所述：“Statisticalimagereconstructionmethodsfortransmissiontomography”，FesslerinHandbookofMedicalImaging,Vol.2,SPIEPress，1-70页（2000），在此通过引用并入本文。

尽管在上文参考图1和2所述的实施例中，探测器是非能量分辨探测器，但探测器也可以是用于生成能量分辨的探测值的能量分辨探测器，使得不同的探测值集合被分成对应于不同能量的探测值的子集合。例如，探测器可以包括双层，其中彼此叠置地装配两个闪烁体晶体，这是一种将探测值分辨为两个能量的构造。低能量光子优选在前层中对准，高能量光子优选在后层中对准，获得两个谱上不同的有效谱。与生成与两个不同能量相对应的两组探测值集合的滤波器相组合，可以生成与四个不同能量相对应的探测值的四个子集合。于是，计算机断层摄影装置可以适于执行四能量计算机断层摄影。可以将探测值的四个子集合用于重建四个图像，其中，对于探测值的四个子集合中的每个，重建单一图像。可以将这四个图像用于改善例如量化感兴趣区域之内造影剂材料的精确度。

尽管在上述实施例中，探测装置是还包括用于从不同探测值集合重建图像的重建单元的计算机断层摄影装置，但是探测装置也可以不包括重建单元，于是，仅提供不同的探测值集合，其中，可以由另一个装置执行重建。

尽管在上述实施例中，通过特定方式生成造影剂图、虚拟无造影剂图像和单能量图像，但是在其他实施例中，也可以通过另一种方式确定造影剂图、虚拟无造影剂图像和单能量图像。第一图像、第二图像、造影剂图、虚拟无造影剂图像、单能量图像等可以是二维或三维的。

本领域技术人员通过研究附图、公开和所附权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变化。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。

单个单元或设备可以完成权利要求中记载的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施这一仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

可以由任何其他数量的单元或设备执行由一个或几个单元或设备执行的计算，像第一和第二图像的重建或分解技术。例如，可以由单个单元或由任何其他数量的不同单元执行步骤102和103。可以将根据探测方法进行的计算和/或探测装置的控制实现为计算机程序的程序代码段和/或专用硬件。

计算机程序可以存储和/或发布在适当的介质上，介质例如是与其他硬件一起提供或作为其他硬件一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以通过其他形式发布，例如通过互联网或其他有线或无线电信***。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

本发明涉及一种探测装置，其包括用于过滤锥形辐射束的滤波器，使得生成辐射束的具有不同能量谱的至少第一区域和第二区域，其中，所述辐射束的第一区域辐照探测器探测表面上的第一探测器面积，从而生成第一探测值集合，辐射束的第二区域辐照探测表面上的第二探测器面积，从而生成第二探测值集合。例如，利用滤波器，可以将探测装置用作双能量计算机断层摄影装置，其中，例如可以通过向标准计算机断层摄影装置增加滤波器，将标准计算机断层摄影装置变换成双能量计算机断层摄影装置，优选地，不更改辐射源和探测器。

Claims (13)

1.一种探测装置，所述探测装置(30)包括：

-辐射源(2)，其用于生成穿过检查区(5)之内的感兴趣区域的锥形辐射束(4)，

-具有均一探测表面(21)的探测器(6)，其用于生成指示己穿过所述感兴趣区域之后的所述辐射束(4)的探测值，

-移动单元(1，7，8)，其用于沿绕着旋转轴(R)的螺旋形轨迹将所述辐射源(2)和所述感兴趣区域相对于彼此移动，以允许所述辐射束(4)在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器(6)生成所述探测值，

-滤波器(20)，其用于对辐射束(4)进行滤波，使得生成辐射束(4)的具有不同能量谱的至少第一区域(22)和第二区域(23)，其中，所述辐射束(4)的所述第一区域(22)辐照所述探测表面(21)上的第一探测器面积(25)，从而生成第一探测值集合，并且所述辐射束(4)的所述第二区域(23)辐照所述探测表面(21)上的第二探测器面积(26)，从而生成第二探测值集合，

-控制单元(9)，其用于控制所述探测装置(30)，使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的，

其中，所述滤波器适于使得所述第一区域包括沿所述旋转轴(R)的方向包围所述第二区域的两个子区域，并且使得所述探测装置能够以采集模式工作，在所述采集模式中，所述辐射束的所述第二区域辐照所述第二探测器面积，使得所述第二探测器面积至少包括所述探测表面上的Tam-Danielsson窗并且所述辐射束的所述第一区域的所述两个子区域辐照所述第一探测器面积的两个子探测器面积。

2.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述滤波器适于使得所述第二探测器面积和所述第一探测器面积的所述两个子探测器面积之间的边界形成直线。

3.根据权利要求2所述的探测装置，其中，所述滤波器适于使得所述第二探测器面积和所述第一探测器面积的两个子探测器面积之间的边界与所述旋转轴(R)包围90度的角度。

4.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述滤波器适于使得所述辐射束的所述第一区域被滤波并且所述辐射束的所述第二区域不被滤波。

5.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述第一探测器面积(25)与所述第二探测器面积(26)之间的边界(27)与所述旋转轴(R)包围0度到90度范围之内的角度。

6.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述滤波器(20)适于使得所述探测装置(30)能够以采集模式工作，在所述采集模式中，所述探测值集合是完整的数据集。

7.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述探测装置(30)还包括重建单元(10)，所述重建单元(10)用于从所述第一探测值集合重建所述感兴趣区域的第一图像并从所述第二探测值集合重建所述感兴趣区域的第二图像。

8.根据权利要求7所述的探测装置，其中，所述重建单元(10)适于向所述第一图像和所述第二图像应用组分分解技术，以确定第一组分衰减图像和第二组分衰减图像，所述第一组分衰减图像指示由所述感兴趣区域之内的第一衰减组分造成的衰减，所述第二组分衰减图像指示由所述感兴趣区域之内第二衰减组分造成的衰减。

9.根据权利要求7所述的探测装置，其中，所述重建单元(10)适于如下应用中的至少一种：材料分离、造影剂标定、虚拟无造影剂成像、单能量成像。

10.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述辐射源和所述探测器中的至少一个适于生成能量分辨的探测数据，使得不同的探测值集合被分成对应于不同能量的探测值子集合。

11.一种探测方法，所述探测方法包括：

-由辐射源(2)生成穿过检查区(5)之内的感兴趣区域的锥形辐射束(4)，

-由具有均一探测表面的探测器(6)生成指示己穿过所述感兴趣区域之后的所述辐射束(4)的探测值，

-由移动单元(1，7，8)沿绕着旋转轴(R)的螺旋形轨迹将所述辐射源(2)和所述感兴趣区域相对于彼此移动，以允许所述辐射束(4)在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器(6)生成所述探测值，

-由滤波器(20)对辐射束(4)进行滤波，使得生成所述辐射束(4)的具有不同能量谱的至少第一区域(22)和第二区域(23)，其中，所述辐射束(4)的所述第一区域(22)辐照所述探测表面(21)上的第一探测器面积(25)，从而生成第一探测值集合，所述辐射束(4)的所述第二区域(23)辐照探测表面(21)上的第二探测器面积(26)，从而生成第二探测值集合，其中，所述滤波器适于使得所述第一区域包括沿所述旋转轴(R)的方向包围所述第二区域的两个子区域，并且使得探测装置能够以采集模式工作，在所述采集模式中，所述辐射束的所述第二区域辐照所述第二探测器面积，使得所述第二探测器面积至少包括所述探测表面上的Tam-Danielsson窗并且所述辐射束的所述第一区域的所述两个子区域辐照所述第一探测器面积的两个子探测器面积，

-由控制单元(9)控制所述探测装置(30)，使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的。

12.一种探测装置，包括：

-用于由辐射源(2)生成穿过检查区(5)之内的感兴趣区域的锥形辐射束(4)的单元，

-用于由具有均一探测表面的探测器(6)生成指示己穿过所述感兴趣区域之后的所述辐射束(4)的探测值的单元，

-用于由移动单元(1，7，8)沿绕着旋转轴(R)的螺旋形轨迹将所述辐射源(2)和所述感兴趣区域相对于彼此移动的单元，以允许所述辐射束(4)在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器(6)生成所述探测值，

-用于由滤波器(20)对辐射束(4)进行滤波使得生成所述辐射束(4)的具有不同能量谱的至少第一区域(22)和第二区域(23)的单元，其中，所述辐射束(4)的所述第一区域(22)辐照所述探测表面(21)上的第一探测器面积(25)，从而生成第一探测值集合，所述辐射束(4)的所述第二区域(23)辐照探测表面(21)上的第二探测器面积(26)，从而生成第二探测值集合，其中，所述滤波器适于使得所述第一区域包括沿所述旋转轴(R)的方向包围所述第二区域的两个子区域，并且使得探测装置能够以采集模式工作，在所述采集模式中，所述辐射束的所述第二区域辐照所述第二探测器面积，使得所述第二探测器面积至少包括所述探测表面上的Tam-Danielsson窗并且所述辐射束的所述第一区域的所述两个子区域辐照所述第一探测器面积的两个子探测器面积，

-用于由控制单元(9)控制所述探测装置(30)使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的单元。

13.一种探测装置，所述探测装置(30)包括：

-辐射源(2)，其用于生成穿过检查区(5)之内的感兴趣区域的锥形辐射束(4)，

-具有均一探测表面(21)的探测器(6)，其用于生成指示已穿过所述感兴趣区域之后的所述辐射束(4)的探测值，

-移动单元(1，7，8)，其用于沿绕着旋转轴(R)的螺旋形轨迹将所述辐射源(2)和所述感兴趣区域相对于彼此移动，以允许所述辐射束(4)在不同方向上穿过所述感兴趣区域，同时所述探测器(6)生成所述探测值，

-滤波器(20)，其用于对所述辐射束(4)进行滤波，使得生成所述辐射束(4)的具有不同能量谱的至少第一区域(22)和第二区域(23)，其中，所述辐射束(4)的所述第一区域(22)辐照所述探测表面(21)上的第一探测器面积(25)，从而生成第一探测值集合，所述辐射束(4)的所述第二区域(23)辐照所述探测表面(21)上的第二探测器面积(26)，从而生成第二探测值集合，

-控制单元(9)，其用于控制所述探测装置(30)，使得所述第一探测值集合和所述第二探测值集合是冗余的，

其中，所述探测器适于生成能量分辨的探测数据，使得不同的探测值集合被分成对应于不同能量的探测值子集合。