CN106687042A - 用于在计算机断层摄影中的光谱和强度的光栅调制的***和方法 - Google Patents

用于在计算机断层摄影中的光谱和强度的光栅调制的***和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于生成对象的X射线投影的X射线成像***，所述X射线成像***包括：X射线设备，其具有用于形成多个X射线射束(104)的单个X射线源(110)；滤波器(120)，其被定位于所述多个X射线射束内；对象空间，要被成像的所述对象要被容纳在所述对象空间中；以及X射线探测器(150)，其包括多个像素(151…155)的阵列。所述X射线设备、所述滤波器和所述多个像素被配置使得至少一个像素被曝光于所述多个X射线射束。由特定像素接收的X射线辐射经历通过所述滤波器的相同的光谱滤波。接收经历所述相同的光谱滤波的所述X射线辐射的像素被总结为像素子集。

Description

用于在计算机断层摄影中的光谱和强度的光栅调制的***和 方法
技术领域
本公开涉及用于用X射线源和X射线探测器生成在光谱上不同的X射线图像的方法和成像***。更具体地，本公开涉及在X射线***内包括提供不同光谱滤波的滤波器，以便产生光谱调制的射束，使得X射线探测器的近邻像素接收不同光谱，并且使用该光谱信息来执行光谱X射线成像的手段。
背景技术
计算机断层摄影(CT)是通过利用具有不同取向的投影视图恢复患者或对象的三维表示的科学。根据该体积，例如，能够显示二维截面图像。CT***通常包括被准直以形成被引导通过要成像的对象，即患者并且由X射线探测器阵列接收到的锥形射束的X射线源。X射线源、锥形射束和探测器阵列可以围绕被成像的对象在成像平面内在机架上一起旋转。
然而，X射线辐射施加不想要的效应。在医学成像领域中，不想要的效应能够是患者接收的辐射剂量，因为其可以诱导对细胞和基因的损伤。作为又一不想要的效应，X射线辐射与物质的相互作用施加散射X射线辐射，其在探测器中添加到感兴趣的信号，即主要辐射的信号。作为减少不想要的效应的最明显方法，进行测量以将总X射线曝光的量限制到最小值，其被需要以采集图像。
为了减少副作用，三个元件被用于形成锥形射束。首先，准直器定义锥形，使得锥形射束精确覆盖整个探测器区域，以便每个探测器成像元件(本文称为“像素”)被曝光于射束，但是将针对非探测器区域的交叠减少到最小值。第二蝴蝶形设备，被称为“射束整形器”、“蝶形领结”或有时也称为“楔形物”，被放置在X射线射束的路径中。楔形物(其用作X射线衰减滤波器)通常由轻金属制成，诸如铝或合成聚合物，诸如聚四氟乙烯，其具有接近水，并且因此人体的X射线吸收光谱特征。
楔形物旨在补偿被成像体的厚度的变化。经过被成像体的中心(通常最厚的部分)的X射线被该滤波器最少地衰减，然而，经过被成像体的***(通常最薄的部分)的X射线被该滤波器更多地衰减。该选择性衰减的结果是X射线剂量的更好分布。
一方面，这允许被扫描的患者的总剂量减少。另一方面，撞击在探测器上的X射线具有更少的空间变化强度分布。因此，楔形物可以允许更敏感的X射线探测器的使用，由此减少要探测的X射线强度的总动态范围。最后，作为减少副作用的第三元件，空间均匀滤波器(通常为金属板的形式，例如由铜制成)被诱导以主要吸收光谱的低能量分量。普通X射线光谱的低能量分量通常是由对象或患者强烈衰减的，它们不显著贡献于测量的信号。由此，滤波器以采集的探测器信号的可接受降低减少了患者被曝光于的总剂量。
接下来，还期望将散射X射线辐射减少到最小值，因为其强度交叠到主要强度，并且因此由于测量的更高强度而引起图像伪影。因此期望发展方法来确定散射辐射的量，从而校正针对散射辐射信号的测量的辐射。通常，散射辐射不能够容易地被访问，这是因为其与主要辐射先验不可区别。此外，其也很难从采集的图像的整个背景中确定，因为散射辐射以复杂方式与扫描的患者几何结构有关。
CT的特定方面是通常被称为双能量CT、多能量CT或光谱CT的光谱方法。所有这些方法的公共特征是它们利用不同材料关于X射线光子的能量不同地衰减X射线的事实。因此，具有放置在X射线光子能量上的不同加权的CT投影的采集提供额外(3D)信息，不仅仅材料密度的，而且化学成分的。换言之，如果能够扫描具有表示不同光谱加权的数据集的对象体积，则应用数学方法来生成表示不同物理或化学性质的3D数据体积变得可能。针对这样的性质的公知范例是骨密度对软组织密度的比率，或对比剂内容的存在的可视化，如碘、钡、钆、金或其他化学元素的存在的可视化。其他范例是包含水样组织、骨盐和/或K-边缘对比材料的材料密度的分离的3D体积的生成。所有这些方法越好，采集的投影的光谱分离越强。取决于所选择的方法，分离的物理/化学性质的数量或可区分材料的数量也取决于被用于投影生成的不同光谱的数量。
发明内容
本申请的方面解决了上述问题和其他问题。
根据本公开的方面，提出了X射线成像***。所述X射线成像***包括：X射线设备，其具有用于形成多个X射线射束的单个X射线源；滤波器，其被配置为被定位于所述多个X射线射束内；对象空间，要被成像的所述对象要被容纳在所述对象空间中；以及X射线探测器，其包括多个像素的阵列。所述X射线设备、所述滤波器和所述多个像素被配置使得至少一个像素被曝光于所述多个X射线射束。由特定像素接收的X射线辐射经历通过所述滤波器的相同的光谱滤波。接收经历所述相同的光谱滤波的所述X射线辐射的像素要被总结为像素子集。存在像素的至少两个子集。
根据本公开的方面，所述X射线设备包括准直器，所述准直器被定位于所述X射线设备与所述滤波器之间，所述准直器具有多个开口，以用于引导由所述X射线源生成的所述多个X射线射束。
根据本公开的又一方面，所述X射线源被配置为包括具有空间调制的X射线强度分布的X射线发射区域，使得所述多个X射线射束来源于所述X射线发射区域的一个或多个显著强度最大值。
根据本公开的另一方面，所述多个像素具有在其之间的X射不线敏感区。所述X射线成像***和所述准直器被配置为减少在所述多个像素之间的所述X射线不敏感区中的X射线强度。
根据本公开的又另一方面，滤波器包括至少两个不同材料。在一个示范性实施例中，滤波器材料之一是空气。
根据本公开的又另一方面，滤波器包括具有空间调制的一个材料。在一个示范性实施例中，滤波器是至少两个空间分离的滤波器的组合。
根据本公开的又另一方面，所述滤波器具有光谱滤波的空间交替模式。所述滤波器是具有光栅线或表示不同光谱滤波的片块的模式的光栅。在一个示范性实施例中，所述滤波器是可替换的，并且能够从多个不同滤波器的集合中选择。
根据本公开的又另一方面，所述X射线探测器的像素的子集形成行、列或片块的交错和交替模式。所述X射线探测器的像素的子集的所述交替模式的行、列或片块的最小有效尺寸对应于一个像素的有效尺寸。
根据本公开的又另一方面，所述滤波器被配置使得至少一个像素子集表示X射线的不透明滤波，使得从来自所述X射线设备的所述X射线源的任何直接X射线辐射遮蔽所述X射线探测器的所述多个像素的至少一个像素子集。
根据本公开的又另一方面，提出了一种用于测量针对如以上描述的X射线成像***的至少一个像素子集的散射X射线辐射的强度的方法，所述方法包括：经由所述X射线设备来生成多个X射线射束；将所述多个X射线射束发送通过一个或多个滤波器和准直器的组合，以及被包括在所述X射线成像***中的对象；并且探测表示来自所述X射线设备的直接X射线辐射的不透明滤波的针对所述至少一个像素子集的散射X射线强度。
根据本公开的又另一方面，提出了一种用于利用X射线成像***生成至少一个X射线投影数据集的方法，所述至少一个X射线投影数据集包括在光谱上不同X射线投影的至少两个子集，所述方法包括：经由所述X射线设备来生成多个X射线射束；将所述多个X射线射束发送通过一个或多个滤波器和准直器的组合，以及被包括在所述X射线成像***中的对象；经由所述X射线成像***的所述X射线探测器来探测所述X射线射束；并且将所述X射线探测器的所述多个像素的所述像素子集的采集的数据逻辑地分配到在光谱上不同的X射线投影的子集。
本公开的适应性的又一范围将根据下文给出的详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，仅仅通过图示的方式给出了详细描述和具体范例，同时指示本公开的优选实施例，因为根据该详细描述，本公开的精神和范围内的各种变化和修改对本领域的技术人员而言将变得显而易见。
附图说明
可以参考以下附图更好地理解本公开的方面。附图中的部件不必按比例，强调替换被放置以清晰地图示本公开的原理。此外，在附图中，相似附图标记贯穿若干视图指定对应部分。
在附图中：
图1图示了根据本公开的成像***的成像几何结构；
图2a和2b分别图示了根据本公开的滤波器的侧视图和顶视图；
图3a和3b图示了根据本公开的由多个X射线射束通过的X射线滤波器的可能的配置；
图3c图示了根据本公开的由多个X射线射束通过的滤波器的备选布置；
图4图示了根据本公开的滤波器光栅的备选定位；并且
图5图示了根据本公开的由两个或更多滤波器的组合替换滤波器光栅的备选。
具体实施方式
尽管将依据具体实施例描述本公开，对于本领域技术人员而言容易显而易见的，可以进行各种修改、重新布置和代替，而不脱离本公开的精神。由本文所附权利要求定义本公开的范围。
收集对象的许多投影和X射线射束的滤波是用在CT图像形成中的因子。本公开涉及X射线设备，具体地采取计算机断层摄影(CT)扫描器的形式的，其包括以下描述的至少一个辐射源、射束滤波器和辐射敏感探测器阵列。
在提供针对特定像素的不同X射线光谱的设备中可以看到光谱CT成像的特殊使用。可以认为将空间调制的滤波器简单地置入X射线射束中可以已经通过将滤波器结构直接投影到图像探测器上提供这样的功能。事实上，对于具有理想点状X射线源的CT***，这样的滤波器可以提供期望的空间调制的X射线光谱。
然而，本领域技术人员理解该简单方法经常不适合于存在X射线点的有限延伸的原因。事实上，X射线发射区域的空间延伸模糊了投影结构，即投影的滤波器结构被半影缠绕，其取决于***的几何结构尺度。在大多数情况下，滤波器需要被放置靠近X射线源，使得针对特定方向的期望光谱不能够被限于没有与近邻像素的大量交叠的探测器内的像素的尺寸。
为了克服半影问题，提出了使用几乎点状X射线源的阵列的方法，在这个意义上这些“点发射器”的空间延伸是如此小以致在探测的图像中的半影效应被限制于像素尺寸的延伸中的加宽。在与滤波器材料的周期阵列的组合中，每个点发射器将滤波器阵列投影到探测器上，使得每幅特定图像的交叠(使用阵列的周期性)产生经滤波的阵列的一致叠加图像。由此，建议了包括将空间和在光谱上调制X射线射束的滤波器引入的***和方法。例如，该滤波器可以由在X射线***内的两个不同材料构建，以便产生光谱调制的射束，使得，例如X射线探测器的近邻像素接收不同光谱。
现在将详细参考本公开的实施例。尽管将描述本公开的特定实施例，但是将理解，不旨在将本公开的实施例限于所描述的实施例。相反，对本公开的实施例的参考旨在覆盖可以被包括在如权利要求定义的本公开的实施例的精神和范围内的变化、修改和等价方案。
参考图1，提出了根据本公开的具有至少一个X射线源的成像***的成像几何结构。
X射线成像***100包括：至少一个X射线设备110，其从多个位置106发射X射线；滤波器光栅120；任选准直器光栅130；对象空间140；和X射线探测器150，其包括多个像素151至155的阵列，所述像素可以被X射线不敏感间隙170分离。X射线设备110生成多个X射线射束104，每个射束104的特征在于分别将位置106之一与像素151至155之一连接。X射线射束104经过滤波器120。滤波器120可以被称为“滤波器光栅”，其被配置为将特定滤波应用到X射线射束104中的每个。位置106、滤波器光栅120和探测器像素151至155被配置使得被连接到特定单个像素的所有X射线射束104经历通过滤波器光栅120相同的光谱滤波。
X射线射束104的光谱以及空间分离可以由包括多个开口108的任选准直器光栅130支持。开口108被配置，使得它们允许光子沿着X射线射束104中的每个的中心传播的通路，或换言之，从位置106的中心传播到任一像素151至155的每个光子经过任选准直器光栅130的开口108。此外，任选准直器130的阻塞131被配置为抑制最大数量的X射线光子，其从位置106之一朝在像素151至155之间的间隙170传播。
没有照射像素间隙170意味着放置在对象空间140中的对象或患者与其中不存在任选准直器光栅130的配置相比较接收更少的剂量。对于理想不透明光栅，能够实现甚至像素间隙170的完全遮蔽。能够示出剂量节省对于当前CT几何结构为大约20％。预期准直器光栅130由高度不透明材料构建或形成，诸如，例如，合适厚度的钨、铅，使得通过阻塞131的透射辐射的量被减少到最小值。被成像的对象被定位在位于(从X射线源的视角)滤波器光栅120和任选准直器130之后，但在X射线探测器150之前的对象空间140中。在该示范性实施例中，示出了五个像素151至155。然而，本领域技术人员可以设想形成X射线探测器150的阵列的若干更多像素。
图2a和图2b示出了X射线设备110的两个可能配置。两者配置提供X射线从其出现的位置106。在图2a中，X射线设备110包括X射线光子从其出现的单个区域112。该区域可以是普通X射线管的普通焦点。发射的X射线被光栅114准直，所述光栅被配置为仅将X射线发送通过其开口106，因此所述开口等于X射线设备110的位置106。预期光栅114由高度不透明材料构建或形成，例如，合适厚度的钨或铅，使得通过阻塞231的透射辐射的量被减少到最小值。注意，通过探测器150的特定像素接收的X射线射束104可以仅仅通过特定数量的位置106，即在探测器150的对应像素与X射线发射区域112之间的瞄准线中的那些位置106。另外，被分配给探测器150的不同像素的X射线射束104可以被分配给X射线设备110的完全不同的位置106。
在图2b示出的备选实施例中，X射线设备110包括在空间调制的强度中X射线光子从其出现的单个区域116，使得由X射线区域116的局部强度最大值来表示位置106。区域116可以是X射线管的焦点，针对所述X射线管通过撞击金属阳极的光子的对应变化密度执行X射线强度的调制。例如，可以从空间调制的电子源生成电子，并且常见的电子透镜光学器件产生电子源的“图像”，使得焦点显示与电子源区域相同的空间X射线强度模式。
滤波器120形成不同X射线滤波的特征模式。例如，参考图3a和3b，该模式可以是延伸滤波器120的水平(或垂直)长度的交替条的形式的。在图3a的侧视图中示出了滤波器120，其中，第一光栅210和第二光栅220两者被示出为通过不同X射线滤波性质而不同于彼此。在图3b的顶视图中示出了滤波器120，其中，第一光栅210和第二光栅220被示出延伸滤波器120的长度。
滤波器120的该交替模式设计允许利用不同X射线光谱照射多个像素151至155的交替像素。例如，如在图1、图4和图5的所有中示出的，第一像素151接收第一光谱180，并且第二像素152接收第二光谱182。此外，第三像素153和第五像素155接收第一光谱180，然而第四像素154接收第二光谱182。换言之，奇数像素(即，像素151、153和155)接收第一光谱180，而偶数像素(即，像素152和154)接收第二光谱182。由此，每个邻近或近邻像素可以接收不同光谱(即，光谱的交替配置的创建)。换言之，可以实现光谱分离。此外，第一光谱180可以具有在高能量光子上的强权值，而第二光谱182可以具有在低能量光子上的强权值，反之亦然。
结果，通过将滤波器120并入成像***100中，X射线探测器150的阵列的交替像素可以接收不同光谱。由此，与X射线设备110的X射线发射位置106的布置一起，滤波器120引起至少两个光谱的生成，使得在光谱之间无空间交叠发生，或空间光谱交叠被减少到针对在X射线探测器150上的特定位置的最小值。
注意，被用于滤波器光栅120的模式需要与X射线设备110的X射线发射位置106的模式、任选准直器光栅130的模式以及X射线探测器150的像素阵列的几何结构对齐。由此，针对X射线探测器150分配像素的子集，其与不同X射线光谱的模式对齐。例如，在图3a和3b中报道的滤波器光栅120的光栅线模式将与以下一起被使用：X射线设备的X射线发射位置106的类似光栅线模式、任选地准直器光栅130的光栅线模式以及X射线探测器150的探测器像素的矩形模式，其中，像素的子集形成交错光栅线模式。
本领域的技术人员将认识到具有比在图3a和3b中显示的那些更多的可能性的模式布置。例如，在图3c中示出了备选布置，其中，由矩形片块230、240的二维模式形成滤波器光栅120。该片块模式与具有被布置在几乎点发射器的矩形阵列中的X射线发射位置106的X射线设备110，任选地与具有开口108的矩形阵列的准直器光栅130以及具有形成交错片块模式的像素子集的矩形像素矩阵的X射线探测器150一起使用。
返回参考图1，探测器像素阵列被示出为被配置为探测光谱滤波的交替模式，即每个像素探测不同于其直接近邻像素的光谱。然而，本领域技术人员将认识到其他配置是可能的。例如，X射线设备110、滤波器光栅120以及任选的准直器光栅130可以以这样的方式被配置：第一光谱180和第二光谱182形成具有更大周期性的交错模式，使得模式的列、行或片块覆盖具有比单个探测器像素更大的尺寸尺度的探测器区域。这意味着像素的子集可以包含直接近邻像素的序列。换言之，由像素的子集表示的模式的列、行或片块的尺寸可以对应于一个像素的尺寸，但不限于一个像素的尺寸，并且因此可以具有更大的尺寸。
而且，尽管在图1中仅示出了用于第一光谱180和第二光谱182的单元，本领域的技术人员应当理解X射线设备110、滤波器光栅120和任选准直器光栅130和探测器150可以以能够生成具有比两个光谱更多的交错模式的方式来配置。例如，通过选择提供针对三个或更多不同X射线滤波的单元和具有适当的光栅间距的滤波器光栅，能够生成在探测器150上的三个或更多不同光谱的交替或交错序列。
注意，实现配置(即，通过选择适当的几何结构)的滤波器120可以被放置在X射线设备110和探测器150之间的不同位置处。例如，图4示出了滤波器光栅120的备选定位(注意，光栅间距需要根据总体***几何结构来调整)。另外，没有固定顺序，其中，例如，滤波器光栅120和任选准直器光栅130必须被安装到***中。作为备选实施例，滤波器光栅120可以由例如在图5中示出的两个或更多滤波器122和124的组合替换。本领域的技术人员可以设想有效光栅120的若干更多布置和样式。
滤波器120可以包括两个或更多不同材料或由两个或更多不同材料形成。备选地，滤波器120可以由通过材料厚度的调制提供不同滤波的单个材料形成。滤波器材料之一可以是空气或另一弱衰减材料。有效地，该弱衰减材料表示X射线的有效零衰减，使得像素的子集之一被分配到有效地未滤波光谱。
此外，滤波器光栅120的材料中的一个或更多可以由具有相对大的K-边缘能量的材料形成，诸如，导致具有在K-边缘以下的能量的光子的相对增强透射的光谱滤波的钽、钨、铅。K-边缘可以被选择为足够高，使得具有在K-边缘以下的能量的光子仍然可以通过被放置在对象空间140中的对象。也预期使用具有相对低的K-边缘的材料，诸如铝、铜或锡，以创建将更多相对权重放到“高”能量的光谱，这是由于假设它们的K-边缘能量是如此低，以致在它们的K-边缘以下的光子能量将不能够有效地透射被放置到对象空间140中的对象。存在许多更可想象的实施例，其能够访问光谱CT性能，而无需具有快速切换能力的高度专业化的探测器(例如，光子计数或多层探测器)或管。
额外地，滤波器光栅120的一个或多个材料(或他们的厚度)可以被制造为对于X射线不透明，使得未由主要辐射照射像素的至少一个子集。因此，通过这些像素接收的辐射仅仅由散射辐射组成。通过插值，可以通过其散射内容校正由完全照射像素接收的强度。
前述范例图示了本公开的各个方面和本公开的方法的实践。范例不旨在提供本公开的许多不同实施例的详尽描述。由此，尽管为了清晰和理解的目的已经通过图示和范例详细描述了前述公开，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到可以对其进行许多变化和修改，而不脱离本公开的精神或范围。因此，以上描述不应当被解释为限制，而仅仅作为具体实施例的范例。本领域的技术人员将设想在权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims (20)

1.一种用于生成对象的X射线投影的X射线成像***，所述X射线成像***包括：
X射线设备，其具有用于形成多个X射线射束的单个X射线源；
滤波器，其被配置为被定位于所述多个X射线射束内；
对象空间，要被成像的所述对象要被容纳在所述对象空间中；以及
X射线探测器，其包括多个像素的阵列；
其中，所述X射线设备、所述滤波器和所述多个像素被配置使得至少一个像素要被曝光于所述多个X射线射束；
其中，要由特定像素接收的X射线辐射要经历通过所述滤波器的相同的光谱滤波；
其中，要接收经历所述相同的光谱滤波的所述X射线辐射的像素要被总结为像素子集；并且
其中，要存在像素的至少两个子集。
2.根据权利要求1所述的X射线成像***，其中，所述X射线设备包括准直器，所述准直器被定位于所述X射线设备与所述滤波器之间，所述准直器具有多个开口，以用于引导由所述X射线源生成的所述多个X射线射束。
3.根据权利要求1所述的X射线成像***，其中，所述X射线源被配置为包括具有空间调制的X射线强度分布的X射线发射区域，使得所述多个X射线射束来源于所述X射线发射区域的一个或多个显著强度最大值。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线成像***，
其中，所述多个像素具有在其之间的X射线不敏感区，并且准直器具有多个开口，并且
其中，所述X射线成像***和所述准直器被配置为减少在所述多个像素之间的所述X射线不敏感区中的X射线强度。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器包括至少两个不同的材料。
6.根据权利要求5所述的X射线成像***，其中，滤波器材料中的一个是空气。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器包括具有空间调制的一个材料。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器是至少两个空间分离的滤波器的组合。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器具有光谱滤波的空间交替模式。
10.根据权利要求9所述的X射线成像***，其中，所述滤波器是具有光栅线或表示不同光谱滤波的片块的模式的光栅。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器是能够替换的，并且能够从多个不同滤波器的集合中选择。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述X射线探测器的像素的子集形成行、列或片块的交错和交替模式。
13.根据权利要求12所述的X射线成像***，其中，所述X射线探测器的像素的子集的所述交替模式的行、列或片块的最小有效尺寸对应于一个像素的有效尺寸。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的X射线成像***，其中，所述滤波器被配置使得至少一个像素子集表示X射线的不透明滤波，使得所述X射线探测器的所述多个像素的至少一个像素子集被遮蔽而免于来自所述X射线设备的所述X射线源的任何直接X射线辐射。
15.一种用于测量针对根据权利要求14所述的X射线成像***的至少一个像素子集的散射X射线辐射的强度的方法，所述方法包括：
经由所述X射线设备来生成多个X射线射束；
将所述多个X射线射束发送通过一个或多个滤波器和准直器的组合，以及被包括在所述X射线成像***中的对象；并且
探测表示来自所述X射线设备的直接X射线辐射的不透明滤波的针对所述至少一个像素子集的散射X射线强度。
16.一种用于利用根据权利要求1-14所述的X射线成像***生成至少一个X射线投影数据集的方法，所述至少一个X射线投影数据集包括在光谱上不同的X射线投影的至少两个子集，所述方法包括：
经由所述X射线设备来生成多个X射线射束；
将所述多个X射线射束发送通过一个或多个滤波器和准直器的组合，以及被包括在所述X射线成像***中的对象；
经由所述X射线成像***的所述X射线探测器来探测所述X射线射束；并且
将所述X射线探测器的所述多个像素的所述像素子集的采集的数据逻辑地分配到在光谱上不同的X射线投影的子集。
17.一种用于生成针对散射X射线辐射被校正的至少一个X射线投影数据集的方法，所述方法使用根据权利要求15所述的方法来测量散射X射线辐射的强度，并且针对散射X射线辐射校正利用根据权利要求16所述的方法生成的至少一个X射线投影数据集。
18.一种用于使用由根据权利要求16-17所述的方法中的任一个生成的至少一个X射线投影数据集来生成表示对象的化学或物理信息的至少一个2D数据集或至少一个3D数据集的方法。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，至少一个2D数据集或至少一个3D数据集的所述化学或物理信息是以下中的一个：
特定化学元素或化学成分的表示，以射束衰减、质量密度、浓度或亨氏单位为单位；
特定化学元素或化学成分的组合，以射束衰减、质量密度、浓度或亨氏单位为单位；
特定化学元素或化学成分的组合减去特定化学元素或化学成分的另一组合，以射束衰减、质量密度、浓度或亨氏单位为单位；
特定化学元素或化学成分的一个组合的射束衰减、质量密度、浓度或亨氏单位相对于特定化学元素或化学成分的另一组合的比率；以及
被扫描的对象被处理如同单色X射线辐射已经被用于成像的表示。
20.一种使用根据权利要求15-19中的任一项所述的方法的计算机断层摄影***。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111096761A (zh) * 2018-10-29 2020-05-05 上海西门子医疗器械有限公司 修正楔形滤波器散射的方法、装置和相关设备
CN111134710A (zh) * 2020-01-17 2020-05-12 清华大学 一种多能量ct成像***
CN112212855A (zh) * 2020-09-08 2021-01-12 山东航天电子技术研究所 一种应用于x射线脉冲星导航终端的轻小型探测器
CN112384144A (zh) * 2018-07-24 2021-02-19 雷迈迪有限公司 双能x射线成像设备
CN114767140A (zh) * 2022-04-07 2022-07-22 北京朗视仪器股份有限公司 X射线滤波器、能谱成像***及特异性组织鉴别方法
CN114983465A (zh) * 2022-05-09 2022-09-02 有方（合肥）医疗科技有限公司 成像设备和成像方法
CN115105107A (zh) * 2022-06-20 2022-09-27 北京朗视仪器股份有限公司 一种能谱成像方法及能谱成像***

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015226489B4 (de) * 2015-12-22 2024-05-16 Siemens Healthineers Ag Röntgensystem und Verfahren zur Bildrekonstruktion
WO2017176976A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-12 Rensselaer Polytechnic Institute Rapid filtration methods for dual-energy x-ray ct
US11051772B2 (en) * 2016-04-08 2021-07-06 Rensselaer Polytechnic Institute Filtration methods for dual-energy X-ray CT
WO2018020261A1 (en) * 2016-07-28 2018-02-01 Smiths Heimann Sas Scatter imaging
EP3521862A1 (en) * 2018-02-02 2019-08-07 Koninklijke Philips N.V. Multi-spectral x-ray detector

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414397A (zh) * 2001-10-23 2003-04-30 西门子公司 将散射光栅安设在x射线探测器上的方法
US20090232270A1 (en) * 2008-02-28 2009-09-17 Canon Kabushiki Kaisha Multi x-ray generating apparatus and x-ray imaging apparatus
CN102209494A (zh) * 2008-11-11 2011-10-05 佳能株式会社 X射线成像设备
WO2012032435A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray imaging with pixelated detector
CN102481129A (zh) * 2009-09-02 2012-05-30 株式会社岛津制作所 放射线摄影装置以及图像获取方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950613A (en) 1973-12-26 1976-04-13 Albert Macovski X-ray encoding and decoding system
JPS54154294A (en) * 1978-05-26 1979-12-05 Toshiba Corp Computer tomography device
US7099428B2 (en) * 2002-06-25 2006-08-29 The Regents Of The University Of Michigan High spatial resolution X-ray computed tomography (CT) system
US7050529B2 (en) * 2002-07-23 2006-05-23 Ge Medical Systems Global Technolgy Company, Llc Methods and apparatus for performing a computed tomography scan
US6950495B2 (en) * 2003-12-01 2005-09-27 The Boeing Company Backscatter imaging using Hadamard transform masking
AP2007003993A0 (en) * 2004-10-14 2007-06-30 Eklin Medical Systems Inc Polychromic digital radiography detector with patterned mask for single-exposure energy-sensitive-x-ray imaging
US7496181B2 (en) 2005-11-28 2009-02-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University X-ray collimator for imaging with multiple sources and detectors
WO2007110795A2 (en) * 2006-03-29 2007-10-04 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Effective dual-energy x-ray attenuation measurement
KR101228911B1 (ko) * 2010-08-06 2013-02-15 라드텍주식회사 이중 에너지 ｘ-선 흡광분석을 이용한 ｘ-선 영상장치
CN104869905B (zh) * 2012-12-21 2019-08-06 卡尔斯特里姆保健公司 基于微分相衬成像的医疗放射照相光栅

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414397A (zh) * 2001-10-23 2003-04-30 西门子公司 将散射光栅安设在x射线探测器上的方法
US20090232270A1 (en) * 2008-02-28 2009-09-17 Canon Kabushiki Kaisha Multi x-ray generating apparatus and x-ray imaging apparatus
CN102209494A (zh) * 2008-11-11 2011-10-05 佳能株式会社 X射线成像设备
CN102481129A (zh) * 2009-09-02 2012-05-30 株式会社岛津制作所 放射线摄影装置以及图像获取方法
WO2012032435A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray imaging with pixelated detector

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112384144A (zh) * 2018-07-24 2021-02-19 雷迈迪有限公司 双能x射线成像设备
CN111096761A (zh) * 2018-10-29 2020-05-05 上海西门子医疗器械有限公司 修正楔形滤波器散射的方法、装置和相关设备
CN111096761B (zh) * 2018-10-29 2024-03-08 上海西门子医疗器械有限公司 修正楔形滤波器散射的方法、装置和相关设备
CN111134710A (zh) * 2020-01-17 2020-05-12 清华大学 一种多能量ct成像***
CN112212855A (zh) * 2020-09-08 2021-01-12 山东航天电子技术研究所 一种应用于x射线脉冲星导航终端的轻小型探测器
CN114767140A (zh) * 2022-04-07 2022-07-22 北京朗视仪器股份有限公司 X射线滤波器、能谱成像***及特异性组织鉴别方法
CN114983465A (zh) * 2022-05-09 2022-09-02 有方（合肥）医疗科技有限公司 成像设备和成像方法
CN115105107A (zh) * 2022-06-20 2022-09-27 北京朗视仪器股份有限公司 一种能谱成像方法及能谱成像***

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Publication number Publication date
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US10470722B2 (en) 2019-11-12

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