CN111435120A - X射线成像***的使用和校准 - Google Patents

Abstract

本公开涉及在成像过程期间实时确定X射线焦点的位置，以及使用所述焦点位置来确保所述焦点与高长宽比探测器元件的对准或校正焦点不对准，从而减轻图像伪影。例如，可在扫描期间使用电磁电子束转向来实时监测和调节焦点位置。另选地，可应用先前确定的焦点位置与测量数据之间的函数关系来解决或校正所获取的数据中的焦点不对准。

Description

X射线成像***的使用和校准

技术领域

本说明书的实施方案整体涉及在某些成像环境中保持焦点对准和/或在成像扫描已完成之后对校准数据的采集和使用。

背景技术

在成像***诸如计算机断层摄影(CT)成像***中，将扇形或锥形X射线射束朝对象诸如患者、一件行李或其他对象发射，以对所述对象中的感兴趣区域进行成像。该射束通常被对象衰减。随后，衰减的射束入射到具有探测器元件阵列的CT探测器上。响应于衰减的射束，阵列中的探测器元件生成表示对象的内部结构或信息的相应电信号。这些电信号由数据处理单元处理以生成表示对象中感兴趣区域的图像。

在某些X射线探测技术中，可采用包含低原子序数材料诸如硅的直接转换传感器。由于这些材料的X射线吸收有限，所以在此类感测技术中使用的探测器元件可相对于采用高原子序数的直接转换传感器材料(例如，由镉/锌/碲化物或镉/碲化物构成)或转换材料中间层的其他X射线感测元件(诸如闪烁器，其可为2mm至3mm厚)具有显著的深度(例如，大于25mm，诸如35mm至40mm)。针对每种类型的转换材料，选择深度以实现高探测效率，即使入射到探测器上的大部分(>90％)光子衰减。在以下描述中，我们使用硅作为低原子序数的直接转换X射线传感器的一个实施方案的表示；然而，设想了具有适当衰减特性的任何合适的传感器材料。可沿着此类直接转换探测器中硅元件的长度在不同深度处测量X射线入射，使得所述硅元件在测量时可被认为具有与不同X射线光谱能量相对应的不同深度区段。

由于它们在一个维度(例如，Y维度)中的相对长度以及对垂直于该长维度的平面(例如，X-Z平面)中的高分辨率(对应于毫米或亚毫米分辨率)的期望，硅探测器元件可具有非常高的长宽比(即，探测器元件的深度与宽度和/或长度的比率)。这种几何形状与可能存在于形成探测器元件的相应硅晶片之间的高度衰减的箔(例如，用于减轻探测器内的康普顿散射)结合可在发射X射线的焦点在操作期间移位时导致X射线被阻挡或衰减，这可能在X射线管中的阳极被加热时发生。当***对准时，这些光子将以其他方式与探测器相互作用。这种数据丢失可与在图像重建情景中可能有害的图像伪影相关联。

发明内容

下文概述了与最初要求保护的主题相称的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施方案仅旨在提供可能的实施方案的简要概述。实际上，本发明可包括多种形式，这些形式可类似于或不同于下文所述的实施方案。

在一个具体实施中，提供了一种用于生成校准数据的方法。根据该方法，从处于一个或多个空间维度中的多个位置处的X射线源的焦点发射X射线。对于每个位置，生成成对的响应数据。成对的响应数据包括来自传感器对中的第一探测器元件的第一测量值和来自传感器对中的第二探测器元件的第二测量值。传感器对中的第一探测器元件和第二探测器元件具有关于焦点在一个或多个维度中的移动的互补响应函数。将至少所述成对响应数据和所述一个或多个空间维度中的对应位置相关联以生成一个或多个函数关系。

在另一个具体实施中，提供了一种用于解决X射线焦点不对准的方法。根据该方法，从包括焦点的X射线源发射X射线。X射线穿过正在被扫描的患者或对象所处的成像体积。从一个或多个参考传感器对获取响应数据，所述一个或多个参考传感器对位于入射在所述参考传感器对上的X射线不穿过患者或对象的位置处。每个参考传感器对的响应数据包括来自相应传感器对中的第一探测器元件的第一测量值和来自相应传感器对的第二探测器元件的第二测量值。每个参考传感器对中的第一探测器元件和第二探测器元件具有关于焦点在一个或多个空间维度中的移动的互补响应函数。使用来自一个或多个参考传感器对的响应数据来确定焦点在一个或多个空间维度中的位置。基于焦点在一个或多个空间维度中的位置来执行校正措施。

在附加具体实施中，提供了一种X射线成像***。根据该具体实施，所述X射线成像***包括：X射线源，所述X射线源被配置成在操作期间从焦点发射X射线；以及探测器，所述探测器被配置成在暴露于X射线源发射的X射线时生成与X射线强度相对应的信号。所述探测器包括多个传感器对，每个传感器对包括第一探测器元件和第二探测器元件，所述第一探测器元件和第二探测器元件由衰减层隔开并且具有关于焦点在一个或多个空间维度中的位置的互补响应函数。所述X射线成像***还包括一个或多个处理电路，所述一个或多个处理电路被配置成：使得X射线从X射线源发射，其中所述X射线穿过成像体积，在操作期间正在被扫描的患者或对象定位在所述成像体积中；从所述多个传感器对中的一个或多个参考传感器对获取响应数据，其中所述参考传感器对定位在入射在所述参考传感器对上的所述X射线不穿过所述患者或对象的位置处；使用来自所述一个或多个参考传感器对的所述响应数据来确定所述焦点在所述一个或多个空间维度中的位置；以及基于所述焦点在所述一个或多个空间维度中的位置来执行校正措施。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明实施方案的这些和其他特征和方面，其中附图中相同的符号在所有附图中表示相同的部分，其中：

图1是根据本公开的各方面的CT***的框图表示；

图2示出了根据本公开的各方面的包括传感器对的探测器模块的一部分的透视图；

图3示出了根据本公开的各方面的关于X射线焦点位置的传感器对中的探测器元件的示意性侧视图；

图4示出了根据本公开的各方面的传感器对的互补响应函数的图形表示；

图5示出了根据本公开的各方面的使用估计的焦点位置的校正过程；

图6示出了根据本公开的各方面的用于生成校准数据的过程；以及

图7示出了根据本公开的各方面的使用估计的焦点位置的校正过程的附加方面。

具体实施方式

在下面将描述一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际具体实施的所有特征。应当理解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能因具体实施而不同的***相关和业务相关约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在元件中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外还可存在附加元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。

虽然在医学成像的背景中可提供以下讨论的各方面，但是应当理解，本技术不限于这样的此类医学背景。实际上，在此类医学背景中提供示例和解释仅是为了通过提供现实具体实施和应用的实例来便于进行解释。然而，本方法也可以用于其他背景中，诸如用于在制成件或制成品的非破坏性检查(即，质量控制或质量审核应用)和/或包裹、箱盒、行李等的非侵入性检查(即，安检或筛检应用)中使用的工业CT的断层摄影成像。一般来讲，本发明的方法可用于使用高长宽比探测器元件获取X射线透射数据的任何成像或筛检环境或图像处理领域。

本发明的技术涉及直接转换传感器在X射线探测器中的使用，诸如可用于单能或多能CT。在CT采集期间，X射线管中的焦点可能由于最近执行的CT扫描而相对于获取校准数据时处于不同的位置，或者可能由于对阳极的加热而在延长的扫描期间移动。焦点的不对准或运动可导致图像伪影。在扫描期间减轻焦点运动的一种技术是使用具有减小深度(较高的X射线衰减能力)的另选的探测器元件来减少焦点不对准事件的后果。对于可用于CT中的能量判别探测器、光子计数探测器，通常采用的直接转换材料为碲化镉(CdTe)或碲锌镉(CZT)。然而，这些传感器材料存在许多已知的问题，包括但不限于电荷共享、k边荧光、电荷俘获、降低的计数率能力，以及材料响应不稳定性和不均匀性。这些问题可降低使用这些直接转换材料的合意性。如本文所述，由于硅的所需特性减轻了上文所确定的问题中的一个或多个问题，所以可以替代地采用硅作为直接转换材料。然而，使用硅作为传感器材料存在其他挑战，诸如由该直接转换传感器材料提供的X射线吸收有限。

考虑到这一点，本文描述了用于促进使用硅作为在X射线探测器中使用的直接转换材料的技术。然而，应当理解，尽管本发明的示例和讨论通常涉及硅实施方案，但是其他合适的低原子序数直接转换材料可受益于本发明所公开的技术并且旨在被本发明的讨论所涵盖。如上所述，由于由硅提供的X射线吸收有限，所以在此类直接转换X射线感测中使用的基于硅的探测器元件(即，像素)可具有显著的深度(例如，35mm至40mm)，并且在能量分辨和/或光子计数具体实施中可被分段，使得可在沿着探测器元件的不同深度处获取信号。此外，分立的硅晶片可用于制造探测器行，在晶片之间提供有衰减箔或材料以减轻所述探测器中的散射光子。另选地，可放置交替的晶片和衰减箔以制造探测器列。因此，考虑到前述内容，硅探测器元件具有非常高的长宽比(即，探测器的深度与其宽度和/或长度的比率)。

每个硅晶片均与发射X射线的X射线焦点在焦点上对准。当X射线源的阳极因先前的扫描和/或在操作期间发热时，侧向焦点位置和纵向焦点位置两者均可能改变。另外，在CT扫描期间的机架旋转可引起焦点位置的变化。由于硅探测器元件和放置在各个硅晶片之间的高衰减箔的高长宽比，探测器元件与焦点的任何不对准可影响在不对准的探测器元件的不同深度处的X射线入射。根据本发明的技术，可通过分析一个或多个参考探测器或其他合适的探测器测量值(例如，其他探测器元件或专用源侧参考探测器)来识别此类焦点不对准。以举例的方式，増益灵敏度函数结合此类参考信号可用于探测不对准并使得能够采取校正措施。

在本发明技术的其他方面，可在CT扫描期间实时估计和修改X射线焦点的位置，以确保焦点和高长宽比探测器元件的焦点对准，从而减轻图像伪影。例如，可在CT扫描期间使用电磁电子束转向来实时监测和调节焦点位置。这种实时焦点位置调节可以用于：(1)解决或以其他方式补偿扫描期间的焦点运动(轴向焦点运动和经轴的焦点运动中的一者或多者)，(b)减轻由焦点在扫描期间的运动引起的图像伪影，和/或(c)简化***校准技术。

在另一方面，可获取校准数据以允许在完成扫描之后校准和/或校正CT投影数据。例如，代替实时焦点调节，可利用电磁电子束转向来修改焦点的位置(轴向焦点位置和经轴的焦点位置中的一者或多者)以获取必要的校准数据。可使用从参考探测器或其他合适的探测器(例如，其他探测器元件或专用源侧参考探测器)获取的测量数据在扫描期间监测和/或估计焦点位置。然后可使用校准数据并使用在对象相对于CT机架的一个或多个角位置处获取的焦点位置数据的估计来校正获取的投影数据。

考虑到前述讨论，图1示出了根据本文所讨论的结构和方法的用于使用竖直分段的探测器元件来获取和处理图像数据的成像***10的实施方案。在示出的实施方案中，***10为CT***，所述CT***被设计成获取X射线投影数据并将投影数据重建为体积重建以用于显示和分析。CT成像***10包括一个或多个X射线源12，诸如一个或多个X射线管或允许在成像阶段期间在一个或多个位置和/或一个或多个能谱处生成X射线的固态发射结构。

在某些具体实施中，X射线源12可以定位在患者前准直器/滤波器组件22附近，该患者前准直器/滤波器组件可以用于操纵X射线射束20、限定X射线射束20的高强度区域的形状(诸如通过限制偏角度发射)和/或范围、控制或限定X射线射束20的能量分布，和/或以其他方式限制患者24的不在感兴趣区域内的那些部分上的X射线暴露。在实践中，滤波器组件或光束整形器22可结合在源12和成像体积之间的机架内。

X射线束20进入其中定位有受检者(例如，患者24)或感兴趣对象(例如，制造部件、行李、包裹等)的区域。受检者使X射线光子20的至少一部分衰减，从而得到衰减的X射线光子26，其撞击到由被布置为m×n阵列的多个探测器元件(例如，像素)形成的像素化探测器阵列28上。探测器元件可包括沿着探测器中的X射线行进长度的一个或多个区段。探测器28可为能量积分探测器、光子计数探测器、能量判别探测器、或任何其它合适的辐射探测器。以举例的方式，探测器28可为能量判别光子计数探测器，其响应于入射在探测器上的X射线而产生的输出信号输送关于在测量位置处和在对应于扫描或成像阶段的时间间隔内撞击到探测器上的光子的数量和能量的信息。例如，探测器28的元件的输出信号可构成给定获取间隔内的多个能量段(energy bin)(即，能量范围)中的每一个的光子计数。获取并且处理电信号以生成一个或多个投影数据集。在所描绘的示例中，探测器28联接到***控制器30，该***控制器命令获取由探测器28生成的数字信号。

***控制器30命令操作成像***10以执行过滤、检查和/或校准方案，并且可处理所获取的数据。相对于X射线源12，***控制器30为X射线检查序列提供功率、焦点位置、控制信号等。根据某些实施方案，***控制器30可以控制患者前准直仪/滤波器组件22、CT机架(或X射线源12和探测器28附接到的其他结构支撑件)的操作，和/或患者支撑件在检查过程中的平移和/或倾斜。

此外，经由马达控制器36，***控制器30可控制用于分别移动受检者24和/或成像***10的部件的线性定位子***32和/或旋转子***34的操作。例如，在CT***中，辐射源12和探测器28围绕对象(例如，患者24)旋转，以获取一系列角位置或视角上的X射线透射数据。因此，在真实世界具体实施中，成像***10被配置成生成与覆盖整个感兴趣的扫描区域的多个角位置(例如，360°、180°+扇形射束角度(α)等)中的每一者相对应的X射线透射数据。在替代实施方案中，辐射源12和探测器28保持固定，而对象24旋转。

***控制器30可包括信号处理电路和相关联的存储器电路。在此类实施方案中，存储器电路可以存储由***控制器30执行以操作成像***10(包括X射线源12和/或患者前准直器/滤波器组件22)并且根据本文讨论的步骤和过程处理由探测器28获取的数字测量值的程序、例程和/或编码算法。在一个实施方案中，***控制器30可以被实现为基于处理器的***的全部或部分。

源12可以由包含在***控制器30内的X射线控制器38控制。X射线控制器38可被配置成向源12提供功率、定时信号和/或焦点尺寸和焦点位置。此外，在一些实施方案中，X射线控制器38可以配置成选择性地激活源12，使得***10内的不同位置处的管或发射器可以彼此同步或彼此独立地操作，或者在成像阶段期间在不同能谱(例如，高能谱和低能谱)之间切换源12。

***控制器30可以包括数据采集***(DAS)40。DAS 40接收由探测器28的读出电子器件收集的数据，诸如来自探测器28的数字信号。然后，DAS 40可以转换和/或预处理数据以供基于处理器的***诸如计算机42进行后续处理。在本文讨论的某些实施中，探测器28内的电路可使探测器的模拟信号在传输到数据采集***40之前转换为数字信号。计算机42可以包括一个或多个非暂时性存储器设备46或与其通信，该存储器设备能够存储由计算机42处理的数据、将由计算机42处理的数据、或者将由计算机42的图像处理电路44执行的指令。例如，计算机42的处理器可以执行存储在存储器46上的一个或多个指令集，该存储器可为计算机42的存储器、处理器的存储器、固件或类似的实例。以举例的方式，计算机42的图像处理电路44可被配置成生成诊断图像。在一个实施方案中，诊断图像是使用图像重建技术获得的实时图像，所述图像重建技术应用于从包括探测器28在内的多个像素获得的多个信号。在一个实施方案中，诊断图像是显示在显示设备50上的用于辅助执业医生的CT图像。

计算机42可还适于控制由***控制器30启用的特征(即，扫描操作和数据采集)，诸如响应于由操作员经由操作员工作站48提供的命令和扫描参数。***10可还包括联接到操作员工作站48的显示器50，该显示器允许操作员查看相关的***数据、成像参数、原始成像数据、重建数据(例如，软组织图像、骨图像、分割的血管树等)、材料基础图像和/或材料分解结果等。另外，***10可以包括打印机52，该打印机联接到操作员工作站48并且被配置成打印任何期望的测量结果。显示器50和打印机52可也直接或经由操作员工作站48连接到计算机42(如图1所示)。另外，操作员工作站48可以包括或联接到图片存档和通信***(PACS)54。PACS 54可以联接到远程***或客户端56、放射科信息***(RIS)、医院信息***(HIS)、或者内部或外部网络，使得不同位置处的其他人能够访问图像数据。

考虑到前面对总体成像***10的讨论，并转到图2，更详细地示出了用于根据本发明方法使用的探测器模块80的一部分。具体地，在一个实施方案中，探测器模块80的所述部分可以是直接转换型探测器模块(即，探测器元件不采用闪烁器中间体)，诸如基于作为活性材料的半导体材料(例如，硅)的探测器，当半导体传感器自身暴露于X射线光子时，所述探测器生成可测量的信号。在用于CT的像素化探测器28的情况下，探测器28包括探测器模块80的多个此类部分，所述多个此类部分相对于圆柱形孔在两个维度(例如，所描绘的X维度和Z维度)中布置，以便覆盖多个角位置中的每个角位置所需的成像视场，X射线在所述多个角位置处入射到探测器28上。

如本文所用，X射线26相对于探测器模块80的所述部分的面向源的表面行进的方向(即，X射线传播的方向)可以被表示为“竖直的”(对应于图2中的Y维度)，和/或可以被解释为对应于深度维度，以便提供几何参照系。然而，应当理解，如本文所用的诸如“竖直”等几何特征不一定表示绝对位置或取向信息，而仅仅旨在通过提供一致的环境框架来简化讨论。此外，在替代实施方案中，探测器相对于X维度和Z维度的取向可以交换。考虑到这一点，在本文讨论的某些具体实施中，探测器模块80的一部分包括竖直分段的(即，在Y维度上分段的)硅基板，所述硅基板可以在与探测器元件(即，像素)对应的分立子单元中寻址。

在一个具体实施中，探测器模块80的每个部分由传感器对的组件制成。在所描绘的示例中，并且如在下图中更详细示出的，每个传感器对对应于读出电子器件84，所述读出电子器件附接到在Y维度中延伸的一对在焦点上对准的硅晶片88。在给定传感器对内的每对晶片88之间，可提供X射线衰减材料(例如，钨箔或分配器)，所述X射线衰减材料充当所述对中的每个相应传感器内的内部准直器92，以便减少探测器元件之间的康普顿散射。可将多对晶片88和内部准直器92组合以产生探测器模块。读出电子器件84可包括专用集成电路(ASIC)，所述ASIC允许从晶片88、连接到所述晶片且连接到相应传感器对的导体端子的连接件或传导迹线等读出信号。

虽然晶片厚度约束了分立的探测器元件在Z维度中的边界，但是晶片代表X维度中的连续基板。在实施过程中，使用光刻或其他合适的技术由电极对每个晶片88进行图案化，以在每个晶片上在X维度中限定分立的探测器元件。因此，每个晶片88被图案化成X维度中的单独的探测器元件(即，像素)。这由图2最前面的晶片88上描绘的平行线94示意性示出。

另外，在所描绘的示例中，每个探测器元件可竖直地分段(即，在Y维度中分段)，使得可单独地和/或独立地读出每个竖直区段96，如线94中的断裂所示。此类分段可通过对晶片88进行电极图案化来实现，并且不需要表示基板中的物理或材料断裂。连接到专用ASIC通道的每个竖直区段是完全功能性的能量判别光子计数探测器，从而产生在一个或多个能量段中探测到的计数。该拓扑允许测量在X-Z平面中且还沿着深度(Y)方向的每个探测器元件位置处的不同能量信号。能量依赖性信息可用于材料分解处理和其他CT成像技术。因此，在一个此类具体实施中，每个探测器元件有效地为经竖直分段的细长(即，高长宽比)探测器元件。该分段减少了由入射光子与传感器材料相互作用产生重叠的感应传感器信号(所谓的堆积)的可能性，从而提供了此类探测器配置，所述探测器配置在非线性表现之前具有较高的计数率性能，即记录的计数与入射通量强度不是线性相关的。

转到图3，上述结构中的某些结构以及它们的空间布置可以更容易地根据该图中呈现的示意性截面图来概念化。在该截面示意图中，示出了传感器对94，该传感器对94包括一对探测器元件98(由电极图案化和晶片基板的边界限定)，在此为由传感器对94内的钨准直器92隔开的左探测器元件98A和右探测器元件98B。在一个具体实施中，晶片88的厚度为约600μm，并且钨准直器92的厚度为约50μm。

在所示的示例中，还沿着Z维度轴线示出了X射线发射焦点120。在CT操作期间，由于阳极发热或由于机架旋转，焦点120可以沿着Z维度轴线移动。如可理解的，由于每个传感器对94内的准直的几何形状和探测器元件98(例如，左探测器元件98A和右探测器元件98B)的配对，可能存在X射线20或多或少地被准直器92衰减的探测器元件。例如，示出了入射到其上的X射线较少被相应准直器92衰减的探测器元件(在此为右探测器元件98B，如由X射线20B的未受损通过所示出的)和入射到其上的X射线较多被准直器92衰减的探测器元件(在此为左探测器元件98A，如由被准直器92限制的X射线20A所示，投射出了阴影100)。随着扫描的执行和/或随着焦点120沿着Z维度移动，给定的传感器对94内被X射线更好地照射的探测器元件和被更少地照射的探测器元件可能改变。然而，可以理解的是，传感器对94内给定的一对探测器元件98A、98B由于它们的几何关系而使得其上的X射线入射是互补的，即围绕完全对准位置对称，使得当一个探测器元件上的X射线入射由于被准直器92遮蔽而减少时，另一个探测器元件上的入射随着X射线从遮蔽中出射而增加。在替代实施方案中，来自探测器元件98的信号或测量值包括来自一个或多个单独的探测器区段的信号，或者来自一个或多个探测器区段的信号的组合，其中所述组合是指来自单独的探测器区段的信号的直接求和或加权求和。

基于这些考量，可以理解的是，给定探测器元件98(即，像素)的増益g受到焦点120在Z维度中的位置的影响。考虑到这一点，可以基于由探测器元件98获取的测量信号作为焦点在Z维度中的位置的函数来推导出传递函数。一种此类传递函数的示例为：

其中g(z)为当焦点120位于位置z时相应探测器元件的增益，并且其中G(z)和G(0)分别为当焦点分别处于位置z和位置0时从像素区段测量的信号计数。该传递函数或特定于给定扫描仪、扫描仪模型、探测器或探测器模型的其他合适函数可以通过测量在沿着Z维度的不同焦点位置处由相应传感器对94内的成对探测器元件生成的信号基于经验测量值而生成。因为如上所述，这些成对的探测器元件98在其测量值方面是互补的，所以它们的相应传递函数也是互补的。

作为z位置的函数的可变增益由图4中右探测器元件98B和左探测器元件98A在z中的不同焦点位置处的增益响应的一个示例的图表示出，其中z＝0表示与成对探测器元件对准的焦点位置。如图所示，成对探测器元件的相应增益函数是对称的或互补的。如还可以理解的，基于一对探测器元件98的这些可确定的经验关系，可以评估使用传感器对94中的相应探测器元件98获取的给定的一组测量值，或者将其与图表(诸如所描绘的图表)或对应的查找表进行比较，以确定所述测量值在Z维度中的焦点位置。以举例的方式，图4描绘了右探测器元件和左探测器元件两者的一对测量值以及在z中的对应焦点位置，如由虚线110所示。尽管图3中未示出，但该方法将适应有限的焦点大小。此外，尽管该方法是参考Z维度中的焦点运动来讨论的，但是该方法不限于该维度，并且能够被用来适当地适应使传感器对94适当取向的运动。

考虑到上述情况，在某些具体实施中，能够以各种方式利用在扫描期间获得对Z维度中的焦点位置的估计或量度的能力。例如，转到图5，描绘了一个示例，其中使用探测器的暴露于未衰减的X射线发射20的一个或多个部分上的传感器对(即，定位于视场(FOV)之外的传感器对，描绘为参考传感器对94A)来估计焦点Z位置120。然后，由暴露于被正在经历成像的患者24或对象衰减的X射线26的探测器的传感器对94(描绘为活动传感器对94B)获取的数据可以经调节或校正，以考虑到估计的焦点Z位置120(即，焦点不对准)。

在该示例中，在检查期间通过一个或多个参考传感器对94A获取的参考增益数据130可以与查找表132或诸如参考图4所讨论的图表进行比较，使得在给定时间点的参考增益数据130提供对焦点120在该时间点在Z维度中的位置的估计(即，确定步骤136)。如下面更详细讨论的，然后可以使用所确定的焦点位置200来校正(步骤138)在该时间点由活动传感器对94B获取的投影数据，以生成经校正的投影数据140，然后所述经校正的投影数据可被正常处理(例如，重建)。

以举例的方式，在处于在探测器元件98的不同竖直区段处收集不同能量段数据的多能环境中，最初可以针对焦点的不同Z位置的探测器元件98的不同竖直区段处的水、骨和对比度的不同组合(即，不同百分比)来生成校准数据。以这种方式，当确定了焦点Z位置时，可以将适当的校准校正应用于由活动传感器对获取的投影数据。

用于生成此类校准数据180的过程的示例在图6中示出。在该示例中，可通过使撞击在X射线管阳极上的电子束在轴向或经轴的方向上通过电磁转向来调节(步骤182)焦点120的位置。对于焦点120的给定位置，获取(步骤184)校准数据180，并且将焦点120移动到Z(或X)中的下一位置，直到所有感兴趣的位置都具有相关联的校准数据180(如决策框190处所确定的)。如本文所用，校准数据180可以包括针对与校准扫描相关联的各种限定的或可确定的操作条件(例如，操作管的操作电压、探测器中的堆积水平、X射线管的mA设置、用于光谱校准的X射线射束路径中的材料组合等)获取的CT投影数据。针对校准过程采样的焦点位置的数量可以基于一个或多个校正对上述特定操作条件的函数依赖性和待表征的操作条件的数量。一旦获取了所有感兴趣的焦点位置的校准数据180，就可以使用校准数据180来确定(步骤194)函数关系196，所述校准数据表征校准测量值对输入操作条件中的一个或多个输入操作条件的依赖性。在实施过程中，这些函数关系196可通过响应表面、查找表等来表征。

应当理解，并且返回到图5，可以在步骤138处使用这些函数关系196、给定扫描的已知操作条件以及焦点120的确定位置来校正由活动传感器对94获取的投影数据，所述活动传感器对获取表征穿过患者24的X射线透射的数据。这能够以实时或并发的方式完成，或者事后完成。图7中示出了用于校正测量数据的此类校正过程的处理流程。在该示例中，基于上述概念，如以上关于图5所述，诸如使用由一个或多个参考传感器对94A获取的投影数据测量值204来确定(步骤136)焦点120的位置200。基于焦点位置200和在先前校准期间使用操作条件推导出的函数关系196，可以校正(步骤138)使用一个或多个活动传感器对94B获取的投影数据测量值204，以生成经校正的投影数据测量值140。应注意的是，投影数据测量值204的收集可用于在扫描过程中估计一个或多个焦点位置200。例如，投影数据测量值204可共同用于估计扫描期间的平均焦点位置200，或者与X射线源和探测器相对于正在被扫描的对象的特定取向相对应的每个投影数据测量值可用于逐视角地估计焦点位置200。

虽然测量数据校正是一种可能的具体实施，但是可以理解的是，在其他实施方案中，可以使用对焦点120在Z维度中的位置的实时了解来实时调节所述焦点位置，以便保持所述焦点位置与探测器元件的对准。例如，在一个此类实施方案中，如可根据一个或多个由参考传感器对94A获得的测量值确定的焦点120在Z维度中的位置可以作为输入提供给X射线控制器38，所述X射线控制器可以调节焦点位置以考虑到偏离预期焦点位置的漂移。具体地，一旦焦点120的位置已知，就可以通过使撞击在X射线管中阳极上的电子束电磁转向来调节所述位置，以便补偿焦点120的位置的任何漂移。以这种方式，可以避免对投影数据的焦点漂移校正，因为在用于图像重建的投影数据的获取过程中，焦点反而保持对准。

如本文所述，本发明的技术效果包括减少焦点运动诱发的CT图像中的伪影。具体地，用于在扫描期间调节焦点运动的技术允许使用高长宽比探测器元件实时估计X射线焦点和X射线探测器的不对准。技术和商业优势包括但不限于：(1)完全保持单能图像和多能图像的图像质量，即，使用电子束的静电和电磁转向实时进行的低剂量到高剂量成像方案；(2)减少校准程序所需的时间及其复杂性—包括对于在客户现场执行的安装校准和日常校准过程两者。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于生成校准数据的方法，包括：

从处于一个或多个空间维度中的多个位置处的X射线源的焦点发射X射线；

对于每个位置，生成成对的响应数据，其中所述成对的响应数据包括来自传感器对中的第一探测器元件的第一测量值和来自所述传感器对中的第二探测器元件的第二测量值，其中所述传感器对中的所述第一探测器元件和所述第二探测器元件具有关于所述焦点在所述一个或多个维度中的移动的互补响应函数；以及

将至少所述成对响应数据和所述一个或多个空间维度中的对应位置相关联以生成一个或多个函数关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个空间维度包括沿着计算机断层摄影(CT)扫描仪的孔口在切层方向上的空间维度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器对包括定位在所述第一探测器元件与所述第二探测器元件之间的衰减层，其中由所述衰减层引起的X射线衰减导致所述第一探测器元件和所述第二探测器元件的关于所述焦点在所述一个或多个空间维度中的位置的互补响应函数。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述传感器对中的所述第一探测器元件和所述第二探测器元件包括低原子序数转换材料，所述低原子序数转换材料在与X射线行进方向相对应的空间维度中具有足够的厚度以识别互补响应函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中除了所述成对的响应数据和所述一个或多个空间维度中的所述对应位置之外，所述一个或多个函数关系还包括一个或多个操作条件。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个函数关系包括响应表面或查找表中的一者或多者。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个操作条件包括所述X射线管的操作电压、所述探测器中的堆积水平、所述X射线管的mA设置，或用于光谱校准的所述X射线射束路径中的材料的组合。

8.一种解决X射线焦点不对准的方法，所述方法包括：

从包括焦点的X射线源发射X射线，其中所述X射线穿过正在被扫描的患者或对象所处的成像体积；

从一个或多个参考传感器对获取响应数据，所述一个或多个参考传感器对定位在入射到所述参考传感器对上的所述X射线不穿过所述患者或对象的位置处，其中每个参考传感器对的所述响应数据包括来自所述相应传感器对中的第一探测器元件的第一测量值和来自所述相应传感器对中的第二探测器元件的第二测量值，其中所述每个参考传感器对中的所述第一探测器元件和所述第二探测器元件具有关于所述焦点在一个或多个空间维度中的移动的互补响应函数；

使用来自所述一个或多个参考传感器对的所述响应数据来确定所述焦点在所述一个或多个空间维度中的位置；以及

基于所述焦点在所述一个或多个空间维度中的所述位置来执行校正措施。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述一个或多个参考传感器对各自包括定位在所述相应参考传感器对中的所述第一探测器元件和所述第二探测器元件之间的衰减层，其中由所述衰减层引起的X射线衰减导致所述第一探测器元件和所述第二探测器元件之间关于所述焦点在一个或多个空间维度中的位置的互补响应。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括从多个活动传感器对获取附加响应数据，所述多个活动传感器对定位在所述活动传感器对上的所述入射X射线穿过所述患者或对象的位置处。

11.根据权利要求10所述的方法，其中执行校正措施包括：

基于所述焦点在所述一个或多个空间维度中的所述位置，基于一个或多个先前确定的函数关系来确定要对所述附加响应数据执行的一个或多个校正措施，其中所述函数关系是针对所述焦点在所述一个或多个空间维度中的不同位置和一个或多个不同操作条件推导出的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个函数关系包括响应表面或查找表中的一者或多者。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述不同操作条件包括所述X射线管的操作电压、所述探测器中的堆积水平、所述X射线管的mA设置，或用于光谱校准的所述X射线射束路径中的材料的组合中的一者或多者。

14.根据权利要求8所述的方法，其中执行校正措施包括调节所述焦点的所述位置以校正所述焦点的所述位置的偏移。

15.一种X射线成像***，包括：

X射线源，所述X射线源被配置成在操作期间从焦点发射X射线；

探测器，所述探测器被配置成在暴露于由所述X射线源发射的X射线时生成对应于X射线强度的信号，其中所述探测器包括多个传感器对，每个传感器对包括第一探测器元件和第二探测器元件，所述第一探测器元件和第二探测器元件由衰减层隔开并且具有关于焦点在一个或多个空间维度中的位置的互补响应函数；

一个或多个处理电路，所述一个或多个处理电路被配置成：

使得X射线从所述X射线源发射，其中所述X射线穿过成像体积，在操作期间正在被扫描的患者或对象定位在所述成像体积中；

从所述多个传感器对中的一个或多个参考传感器对获取响应数据，其中所述参考传感器对定位在入射在所述参考传感器对上的所述X射线不穿过所述患者或对象的位置处；

使用来自所述一个或多个参考传感器对的所述响应数据来确定所述焦点在所述一个或多个空间维度中的位置；以及

基于所述焦点在所述一个或多个空间维度中的所述位置来执行校正措施。

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