本發(fā)明涉及通常利用防散射柵格的x射線(xiàn)設(shè)備，尤其是涉及一種提供用于分析x射線(xiàn)圖像的散射x射線(xiàn)的裝置。

背景技術(shù)：

物體受到x射線(xiàn)輻射時(shí)，一些x射線(xiàn)光子被吸收，一些穿過(guò)物體、非散射地撞擊到x射線(xiàn)探測(cè)器上。這稱(chēng)為“直接輻射”。一些x射線(xiàn)被吸收，而其他的x射線(xiàn)散射。所產(chǎn)生的散射強(qiáng)度可能超過(guò)由檢測(cè)器檢測(cè)到的直接輻射的大小。散射輻射由于對(duì)比度降低和噪聲增加而導(dǎo)致圖像質(zhì)量很差。吸收的x射線(xiàn)可提供x射線(xiàn)圖像中的對(duì)比度。因?yàn)闊o(wú)法識(shí)別散射的x射線(xiàn)光子來(lái)自哪里，若散射x射線(xiàn)光子撞擊檢測(cè)器，將增加圖像中的隨機(jī)噪聲。

解決散射問(wèn)題最廣泛采用的技術(shù)是在x射線(xiàn)檢測(cè)器和待測(cè)對(duì)象之間放置防散射柵格。所述防散射柵格包括由x射線(xiàn)吸收材料形成的一系列間隔開(kāi)的平行薄片。大部散射x射線(xiàn)與其中一個(gè)薄片接合并吸收。因此，主要是當(dāng)存在防散射柵格時(shí)由x射線(xiàn)檢測(cè)器檢測(cè)到的直接輻射。

在us1164987(bucky)中說(shuō)明了原始的防散射柵格。

防散射柵格的其中一個(gè)問(wèn)題是，除了可減少檢測(cè)圖像中散射的影響之外，吸收薄片的x射線(xiàn)可吸收一些直接輻射，即那些在薄片的路徑中行進(jìn)的光子。

為了補(bǔ)償反散射柵格中損失的光子，并因此補(bǔ)償圖像質(zhì)量的降低，通常的做法是增加x射線(xiàn)流量。然而，當(dāng)x射線(xiàn)成像是x射線(xiàn)敏感材料時(shí)是不利的。這在醫(yī)學(xué)成像中是最受關(guān)注的，其中必須增加患者的x射線(xiàn)輻射劑量以補(bǔ)償存在的抗散射柵格。

人們已進(jìn)行了一些嘗試以減少x射線(xiàn)成像中使用的x射線(xiàn)功率。

us7551716使用數(shù)學(xué)方法代替了防散射柵格以大致確定散射x射線(xiàn)光子。人們認(rèn)為通過(guò)使用數(shù)學(xué)方法以大概確定散射x射線(xiàn)光子，與使用防散射柵格的x射線(xiàn)裝置相比，可減小x射線(xiàn)劑量或增加信噪比。

申請(qǐng)人提交的編號(hào)為gb2498615的專(zhuān)利申請(qǐng)中說(shuō)明了一種包括多吸收板的x射線(xiàn)裝置。在此類(lèi)x射線(xiàn)裝置中，x射線(xiàn)能譜以許多不同的方式干擾。該裝置和方法提供了可識(shí)別材料性質(zhì)的信息。編號(hào)為gb2498615的專(zhuān)利申請(qǐng)案通過(guò)引用并入本文。

現(xiàn)有技術(shù)解決了由散射輻射引起的問(wèn)題，即通過(guò)使用防散射柵格來(lái)明顯減少散射輻射，或者通過(guò)使用數(shù)學(xué)校正來(lái)消除對(duì)來(lái)自x射線(xiàn)圖像的散射輻射的估值。

本發(fā)明利用涉及測(cè)量直射和散射輻射的新方法解決了散射問(wèn)題。這是通過(guò)對(duì)直射和散射輻射產(chǎn)生影響的裝置進(jìn)行改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

以前，人們認(rèn)為散射輻射會(huì)對(duì)x射線(xiàn)圖像產(chǎn)生負(fù)面影響。之前針對(duì)散射問(wèn)題的嘗試重點(diǎn)在于進(jìn)一步去除散射輻射，使圖像盡可能通過(guò)直接x射線(xiàn)輻射撞擊在x射線(xiàn)檢測(cè)器上形成。

除了測(cè)量散射輻射之外，本發(fā)明提供了用于識(shí)別材料和材料厚度以及改善對(duì)比度噪聲比的散射輻射。

通過(guò)將來(lái)自x射線(xiàn)檢測(cè)器的測(cè)量輸出信號(hào)與散射輻射的獨(dú)立測(cè)量進(jìn)行比較，則可識(shí)別包含直接輻射和散射輻射的圖像內(nèi)的散射輻射，并從圖像中去除散射輻射。由此可提高對(duì)比度噪聲比。在醫(yī)療應(yīng)用和使用x射線(xiàn)來(lái)分析可受到x射線(xiàn)傷害的材料的其它應(yīng)用情況下，本發(fā)明既允許減少劑量以產(chǎn)生相似的圖像標(biāo)準(zhǔn)，也允許使用相同的x-ray劑量產(chǎn)生更好的圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種x射線(xiàn)裝置，該裝置包括x射線(xiàn)源和多像素x射線(xiàn)檢測(cè)器，兩個(gè)部件之間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線(xiàn)光子的元件，其中該元件可改造，從而根據(jù)此類(lèi)x射線(xiàn)光子的入射角度，可以不同方式干擾入射到其上的x射線(xiàn)光子，所述元件包括由對(duì)x射線(xiàn)光子表現(xiàn)出至少部分半透明的材料形成的多個(gè)元件，該裝置還包括

表明材料類(lèi)型和/或材料厚度值的第一數(shù)據(jù)庫(kù)、

表明材料類(lèi)型和/或材料厚度的散射輻射值的第二數(shù)據(jù)庫(kù)、

可進(jìn)行以下算法的處理器：

i)將x射線(xiàn)檢測(cè)器每個(gè)像素的輸出信號(hào)與第一數(shù)據(jù)庫(kù)中的值進(jìn)行比較，并從第一數(shù)據(jù)庫(kù)輸出最可能的材料和/或厚度；

ii)從第二數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇與步驟(i)中的材料類(lèi)型和/或材料厚度相關(guān)聯(lián)的散射輻射；

iii)從x射線(xiàn)檢測(cè)器的輸出信號(hào)中去除散射輻射。

有利的是，該算法包括以下步驟：通過(guò)將去除的散射輻射與檢測(cè)器空間位置處的輸出信號(hào)相加，來(lái)改變x射線(xiàn)檢測(cè)器的輸出信號(hào)，使去除的散射輻射的x射線(xiàn)光子受到干涉，如未受到散射一樣。

無(wú)散射的情況下，例如通過(guò)利用防散射柵格可基本創(chuàng)建代表材料類(lèi)型和/或厚度的第一數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù)。

可針對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行x射線(xiàn)輸出信號(hào)的算法。

優(yōu)選地，該算法包括步驟iii中輸出上進(jìn)行材料和/或厚度識(shí)別步驟的步驟，利用算法步驟ii和iii中至少一個(gè)的進(jìn)一步迭代來(lái)識(shí)別材料和/或厚度。

有利的是，該算法還包括確定改變的x射線(xiàn)輸出信號(hào)是否優(yōu)化的進(jìn)一步步驟。

確定改變的x射線(xiàn)輸出信號(hào)是否優(yōu)化的步驟可包括：將表示當(dāng)前迭代圖像中的材料類(lèi)型和厚度值與表示先前迭代圖像中的材料類(lèi)型和/或厚度值、或表示先前迭代次數(shù)中材料類(lèi)型和/或厚度值的平均值進(jìn)行比較，并且確定指示當(dāng)前迭代圖像中材料類(lèi)型和/或厚度值是否在閾值內(nèi)、前一次迭代的材料類(lèi)型和/或厚度的指示值、或多次先前迭代的材料類(lèi)型和/或厚度值的平均值。若比較值在閾值內(nèi)，則可停止算法步驟(i)至(iii)的重新迭代。

該算法進(jìn)一步包括：通過(guò)將去除的散射輻射與檢測(cè)器空間位置處的輸出信號(hào)相加，來(lái)改變x射線(xiàn)檢測(cè)器的輸出信號(hào)，使去除的散射輻射的x射線(xiàn)光子受到干涉，如未受到散射一樣。

優(yōu)選地，指示材料類(lèi)型和/或厚度的散射輻射值的第二數(shù)據(jù)庫(kù)中的散射值是散射核。

散射核可定義為通過(guò)材料從單個(gè)軌道x射線(xiàn)光子散射的典型。

數(shù)據(jù)庫(kù)可填有表示期望材料范圍中一些材料的識(shí)別和/或厚度的散射核。

去除來(lái)自x射線(xiàn)檢測(cè)器輸出信號(hào)的散射輻射的步驟可包括：對(duì)于檢測(cè)器的每個(gè)像素，內(nèi)插從步驟ii數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇的多個(gè)散射核中的一個(gè)的步驟，且進(jìn)一步包括生成來(lái)自與每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的內(nèi)插散射核的整個(gè)x射線(xiàn)檢測(cè)器輸出信號(hào)的散射估值的步驟。

有利的是，元件是多吸收板(map)，所述map是包括多個(gè)不同區(qū)域的板，不同區(qū)域入射x射線(xiàn)能量的透明度不同。多個(gè)不同區(qū)域可形成重復(fù)圖案，其中相鄰區(qū)域入射x射線(xiàn)能量的透明度不同。

優(yōu)選地，圖像拍攝時(shí)，所述元件保持在靜止位置。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括x射線(xiàn)源和多像素x射線(xiàn)檢測(cè)器的x射線(xiàn)裝置，并且其間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線(xiàn)光子的元件，其中所述元件適于使裝置具有至少兩種不同的構(gòu)造，并且其中所述元件區(qū)別地干擾不同構(gòu)造中的x射線(xiàn)光子。

優(yōu)選地，所述元件是可移動(dòng)的，以使裝置具有至少兩種不同的構(gòu)造。

一個(gè)實(shí)施例中，元件是多吸收板(map)，所述map是包括多個(gè)不同區(qū)域的板，每個(gè)區(qū)域入射x射線(xiàn)能量的透明度不同。此類(lèi)map在一個(gè)軸、兩個(gè)軸或三個(gè)軸上可移動(dòng)，并且軸可彼此正交。

通過(guò)移動(dòng)所述元件，每個(gè)不同的構(gòu)造中任意一個(gè)x射線(xiàn)光子可能遇到的元件部分不同，因此該裝置的每個(gè)不同構(gòu)造的散射圖案不同。

直接輻射的情況下，已知不同構(gòu)造之間移動(dòng)的效果始終是相同的。將元件從構(gòu)造(a)移動(dòng)到構(gòu)造(b)始終對(duì)直接輻射具有相同的效果。將元件從構(gòu)造(b)移動(dòng)到構(gòu)造(c)始終對(duì)直接輻射具有相同的效果，盡管該效果可能與從構(gòu)造(a)移到構(gòu)造(b)的效果不同。利用該知識(shí)，可識(shí)別直接輻射，進(jìn)而識(shí)別散射輻射，因?yàn)樯⑸漭椛涫欠侵苯虞椛涞妮椛洹?/p>

另一實(shí)施例中，元件非常類(lèi)似于防散射柵格(除了各薄片可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架內(nèi))。旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)的薄片可改變裝置的構(gòu)造，因?yàn)楸∑c軸線(xiàn)平行的散射圖案不同于薄片與所述軸線(xiàn)平行的位置大約呈5度角的圖案，其中，所述軸線(xiàn)從x射線(xiàn)源延伸到x射線(xiàn)檢測(cè)器。

另一實(shí)施例中，當(dāng)應(yīng)用信號(hào)(例如電流)時(shí)，所述元件可由在平面構(gòu)造和彎曲構(gòu)造之間變化的記憶金屬形成，而無(wú)需移動(dòng)map或安裝防散射柵格薄片以便旋轉(zhuǎn)。

另一實(shí)施例中，所述元件由壓電材料形成，可在施加電流時(shí)改變尺寸。

所述元件包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架內(nèi)的單獨(dú)薄片。

所述元件可由記憶金屬形成，施加信號(hào)時(shí)所述記憶金屬的形狀改變進(jìn)而使構(gòu)造改變。所述元件可由記憶金屬形成，收到信號(hào)時(shí)所述記憶金屬在平面和彎曲構(gòu)造之間改變。

所述元件可由壓電材料形成，施加電流時(shí)所述壓電材料的尺寸和/或形狀改變。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括x射線(xiàn)源和多像素x射線(xiàn)檢測(cè)器的x射線(xiàn)裝置，兩個(gè)部件之間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線(xiàn)光子的元件，其中該元件可改造，從而根據(jù)此類(lèi)x射線(xiàn)光子的入射角度，可以不同方式干擾入射到其上的x射線(xiàn)光子，所述元件包括由對(duì)x射線(xiàn)光子表現(xiàn)出至少部分半透明的材料形成的多個(gè)元件。

優(yōu)選地，元件在軸線(xiàn)方向而非垂直于其的方向上進(jìn)一步延伸，所述軸線(xiàn)從x射線(xiàn)源延伸到x射線(xiàn)檢測(cè)器。

當(dāng)散射x射線(xiàn)光子撞擊其中一個(gè)元件時(shí)，散射x射線(xiàn)光子是否可穿過(guò)所述元件或由其吸收、以及其穿過(guò)元件的能量應(yīng)取決于所述元件上x(chóng)射線(xiàn)光子的入射角。這是因?yàn)閤射線(xiàn)光子的入射角決定了入射x射線(xiàn)光子必須通過(guò)的材料厚度，當(dāng)然，入射角相同條件下，入射到靠近角落的元件上的x射線(xiàn)光子的材料厚度比入射到遠(yuǎn)離角落的元件小。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種從x射線(xiàn)圖像去除散射輻射的方法，包括以下步驟：將待測(cè)材料暴露于根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的裝置中，并改變測(cè)試期間元件的構(gòu)造；分析x射線(xiàn)圖像并識(shí)別x射線(xiàn)圖像中的直接輻射和散射輻射，并從x射線(xiàn)圖像中去除所識(shí)別的散射輻射。

從x射線(xiàn)圖像去除散射輻射的方法進(jìn)一步包括識(shí)別材料類(lèi)型和/或材料厚度的步驟。

材料類(lèi)型和/或厚度可通過(guò)去除的散射輻射識(shí)別?？筛鶕?jù)所識(shí)別的材料類(lèi)型和/或厚度來(lái)改變x射線(xiàn)圖像。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種從原始x射線(xiàn)圖像中的散射輻射識(shí)別材料和/或材料厚度的方法，包括散射和直接x射線(xiàn)輻射。

使用本發(fā)明的裝置測(cè)試未知材料和/或厚度時(shí)，將得到的散射圖案與數(shù)據(jù)庫(kù)中的散射圖案進(jìn)行比較，可識(shí)別大多數(shù)材料和/或厚度，從而可確定材料和/或厚度。

為了識(shí)別材料和/或厚度，已知厚度的已知材料可暴露于根據(jù)本發(fā)明第二方面所述裝置中的x射線(xiàn)光子，測(cè)試期間該元件的構(gòu)造改變。這使不同的散射圖案與已知材料和/或厚度的元件的不同構(gòu)造一致?？纱鎯?chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中?？稍诿總€(gè)像素的基礎(chǔ)上完成，即每個(gè)像素的多像素檢測(cè)器的輸出。

已知材料類(lèi)型和/或厚度的散射圖案也可記錄并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

附圖說(shuō)明

附圖中，以示例方式示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明的元件的示例示意圖；

圖3是本發(fā)明的替代元件的示例示意圖；

圖4是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖5是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖6是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖7是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖8a和8b是本發(fā)明的替代實(shí)施例示意圖；和

圖9是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的操作方法流程圖；

圖10是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的操作方法的另一流程圖；

圖10a是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的替代操作方法的流程圖。

圖11a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(如圖8a至10所示)、處理之前所測(cè)樣本圖像；圖11b是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(如圖8a至10所示)、處理之后所測(cè)樣本的圖像；圖12a是圖11a所示圖像的計(jì)數(shù)v強(qiáng)度的直方圖；

圖12b是圖11b所示圖像的計(jì)數(shù)v強(qiáng)度的直方圖；

圖12c是散射重新分配之前和之后的多個(gè)預(yù)期區(qū)域的對(duì)比度噪聲比的曲線(xiàn)圖；和

圖13是多吸收板的頂視圖，其中所述板的定向如圖8a和8b所示。

具體附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置1總體布置的示意圖。將x射線(xiàn)源2與檢測(cè)器3、元件4對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)多吸收板或防散射柵格位于其源極側(cè)的檢測(cè)器3附近。待測(cè)樣本5位于源2和多吸收板(map)或防散射柵格4之間。

圖2至7是元件的多種不同替代布置示意圖。

圖2中，元件4是包括一系列對(duì)稱(chēng)步驟4a、4b、4c的map，從而當(dāng)與map的最外面部分相比時(shí)，map的中心部分4c是材料厚度的三倍。所述map可側(cè)向移動(dòng)(如圖2左所示)、或向上和向下移動(dòng)(如圖2右所示)。現(xiàn)左圖展示了設(shè)備的六種不同構(gòu)造。最上面的各圖展示了實(shí)體陰影中map4的新位置，以及陰影中最頂圖map的位置。當(dāng)然，除了作為替代方案，map4非側(cè)向移動(dòng)，而是來(lái)回移動(dòng)。

右圖展示了map的五種不同構(gòu)造。中圖展示了其移動(dòng)之前的map。中圖上方的圖展示了垂直方向上向上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)步驟，而中圖下方的圖展示了垂直方向上向下移動(dòng)的兩個(gè)步驟。

如圖2所示，隨著map水平或垂直移動(dòng)，在特定路徑上行進(jìn)的x射線(xiàn)光子必須通過(guò)的材料厚度將隨map的位置而變化。

圖3中，元件4由彼此疊置的多個(gè)板6a、6b組成。每個(gè)板6a、6b由材料柵格構(gòu)成。本實(shí)施例中，上板6a比下板6b薄。最頂層圖中，柵格6a、6b對(duì)齊。最上方圖的正下方，上柵格6a已向左移動(dòng)，從而上柵格6a材料可部分地覆蓋下柵格的空間。上柵格進(jìn)一步移動(dòng)時(shí)，上柵格6a移動(dòng)，從而可覆蓋在下柵格6b的空間之間，并且隨著進(jìn)一步移動(dòng)，如最下方兩張圖所示，上柵格6a移動(dòng)，從而上柵格6a三個(gè)部分的材料與下柵格的材料對(duì)齊，下柵格的最右邊部分不由上柵格覆蓋。當(dāng)然，這個(gè)實(shí)施例中重要的是所述板6a、6b之間的相對(duì)移動(dòng)。該移動(dòng)可以是上板和/或下板6a、6b。

同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，由待測(cè)材料散射x射線(xiàn)光子將根據(jù)上下柵格相對(duì)于彼此的位置而受到不同的影響。

圖4中，元件4包括可安裝在框架(未示出)中的上下組7、8薄片7a、8a，從而可實(shí)現(xiàn)相對(duì)于該框架的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。隨著薄片7a、8a旋轉(zhuǎn)，特定路徑上行進(jìn)的x射線(xiàn)光子，即散射x射線(xiàn)光子或直接x射線(xiàn)光子，必須通過(guò)的材料厚度將改變。如圖4中的四個(gè)圖示所示，薄片7a、8a可從其與從x射線(xiàn)源延伸到檢測(cè)器的軸線(xiàn)基本上處于同一平面的位置，移動(dòng)到其垂直于該軸線(xiàn)的位置。

形成薄片7a、8a的材料可對(duì)x射線(xiàn)光子不透明，或可半透明。下文參照?qǐng)D5更詳細(xì)地說(shuō)明了薄片的半透明效應(yīng)。

圖5展示了具有在兩個(gè)正交方向上延伸的薄片9a、10a的防散射柵格形式的元件4。從左到右延伸的薄片9a對(duì)于x射線(xiàn)光子是半透明的，而垂直于其延伸的薄片10a對(duì)于x射線(xiàn)光子是不透明的。與軸線(xiàn)呈極小的角度撞擊到半透明薄片上的散射x射線(xiàn)光子勢(shì)必穿過(guò)明顯較厚的材料(其中，所述軸線(xiàn)從源延伸到x射線(xiàn)檢測(cè)器)，而散射x射線(xiàn)光子并非以明顯較大角度(例如趨向于與上述軸線(xiàn)垂直)撞擊到半透明薄片上。該x射線(xiàn)光子通過(guò)薄片時(shí)衰減很小。因此，應(yīng)理解，散射x射線(xiàn)光子根據(jù)半透明薄片上的入射角而衰減。

圖5所示的元件4使用時(shí)可呈靜態(tài)或動(dòng)態(tài)布置。

動(dòng)態(tài)布置中，安裝元件4使其可移動(dòng)，可以類(lèi)似于圖2和圖3所示的方式移動(dòng)。如圖所示，直接x射線(xiàn)光子以某種方式(如圖5所示)移動(dòng)元件4的作用總是相同的，并且該預(yù)期變化可用于識(shí)別直接x射線(xiàn)光子進(jìn)而識(shí)別散射x射線(xiàn)光子。

靜態(tài)布置中，元件無(wú)不同的構(gòu)造，因此對(duì)直接x射線(xiàn)光子的作用不變。但可識(shí)別散射x射線(xiàn)光子。

人們知道對(duì)于不同的材料類(lèi)型和厚度，散射x射線(xiàn)光子的圖案可作為材料和厚度的特征。通過(guò)測(cè)試不同已知厚度的不同已知材料，可建立x射線(xiàn)探測(cè)器輸出數(shù)據(jù)庫(kù)。該x射線(xiàn)檢測(cè)器輸出包括記錄在每個(gè)像素處的信號(hào)。在裝置1中測(cè)試未知材料的樣本時(shí)，可通過(guò)將在相鄰像素處接收的信號(hào)形式的數(shù)據(jù)或在相鄰像素處接收的信號(hào)之間的差異，與信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)或與不同已知材料類(lèi)型和/或厚度有關(guān)的信號(hào)之間的差異進(jìn)行比較，來(lái)識(shí)別樣本的材料類(lèi)型和/或厚度，并基于來(lái)自最對(duì)應(yīng)于待測(cè)信號(hào)或信號(hào)之間差異的數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，來(lái)確定樣本的材料類(lèi)型和/或厚度。

圖6和圖7的構(gòu)造類(lèi)似于通過(guò)影響元件形成材料的物理變化來(lái)改變所述元件1的構(gòu)造。圖6展示了由四個(gè)薄片11a形成的元件1，根據(jù)施加到其上的電荷，每種壓電材料的形狀可改變。在一種構(gòu)造(最上方的圖示)中，薄片11a是深而窄的，平行薄片之間的空間明顯大于單個(gè)薄片11a的寬度。施加電荷并改變壓電材料形狀，單個(gè)薄片變得越來(lái)越淺而寬。如圖6最下方的圖示所示，施加的電荷改變時(shí)，材料形狀也進(jìn)一步改變，直到薄片11a均呈現(xiàn)連續(xù)的平坦表面。

圖7的實(shí)施例中，元件1由記憶金屬形成，如最上方圖示所示，所述記憶金屬在平面構(gòu)造和具有彎曲區(qū)域12a、12b的波紋構(gòu)型之間移動(dòng)。所述元件1的形狀根據(jù)施加到其上的電流在兩種構(gòu)造(如圖所示)之間改變。

圖2、圖3、圖6和圖7中，示出了相同的箭頭a、b、c和d。所述箭頭表示x射線(xiàn)光子的路徑以及根據(jù)元件構(gòu)造所述光子遇到的元件1的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易了解到，改變?cè)臉?gòu)造對(duì)x射線(xiàn)光子的作用很明顯。

圖8a展示了本發(fā)明另一實(shí)施例的裝置1。將x射線(xiàn)源2與檢測(cè)器3對(duì)準(zhǔn)，其中多吸收板(map)4位于鄰近檢測(cè)器3的源極側(cè)。map4可以是如圖2所述的類(lèi)型，或者如圖13所述的map16。圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例與圖8a和8b所示實(shí)施例之間的關(guān)鍵區(qū)別在于map4的移動(dòng)。圖2所示實(shí)施例中，map4相對(duì)于源2和檢測(cè)器3移動(dòng)，而圖8a和8b所示實(shí)施例中，map4是靜止的。

圖13所示map16包括不同的區(qū)域16a-16i。所述板的不同區(qū)域具有不同的x射線(xiàn)吸收能力。其厚度可以不同，或者例如可由不同的材料形成。

圖8a展示了入射到待測(cè)材料5上的x射線(xiàn)光子的情況。如上所述，從x射線(xiàn)源2發(fā)射的x射線(xiàn)光子m中，一些x射線(xiàn)光子m'直接穿過(guò)待測(cè)材料5撞擊在檢測(cè)器3上，這些x射線(xiàn)光子代表“直接輻射”，一些被吸收、一些x射線(xiàn)光子n被散射。

散射x射線(xiàn)光子n不可取。本發(fā)明的該實(shí)施例可使圖8a中所示的散射x射線(xiàn)光子n從圖像中去除，并作為偽直接輻射n'重新分配到與其相關(guān)的直接輻射m'。結(jié)果是圖8b中，導(dǎo)致x射線(xiàn)光子入射到其上的任何一個(gè)像素的檢測(cè)器3的輸出包括直接輻射m'和重新分配的偽直接輻射n'。這增加了檢測(cè)器3產(chǎn)生的圖像中的對(duì)比度，從而增加了圖像的對(duì)比度噪聲比，并且還提供了更理想的圖像，這是因?yàn)樯⑸鋢射線(xiàn)光子n不像在防散射柵格中那樣去除，但若x射線(xiàn)光子未散射，x射線(xiàn)光子將在檢測(cè)器的空間位置處添加到輸出信號(hào)。因此，結(jié)果是提高了圖像對(duì)比度。

為了從檢測(cè)到的圖像中去除散射光子n并將其重新分配為偽直接輻射n'，檢測(cè)器3檢測(cè)的信號(hào)如下處理：

創(chuàng)建不同材料和不同厚度的散射圖案的數(shù)據(jù)庫(kù)。這是利用圖10所示的模擬模型完成的，其模擬當(dāng)x射線(xiàn)光子的筆形光束入射在其上時(shí)，不同的材料和不同的厚度如何散射。代替了使用模擬模型，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可使用實(shí)際裝置和樣本來(lái)收集，樣本具有不同的材料類(lèi)型和/或厚度。

通過(guò)使用與多像素檢測(cè)器的一個(gè)像素對(duì)準(zhǔn)的筆形線(xiàn)束，可確定到達(dá)對(duì)準(zhǔn)源的像素的x射線(xiàn)光子大部分代表“直接輻射”或散射輻射，其已以極小的角度從直接輻射的路徑散射，并且由其他像素檢測(cè)的所有x射線(xiàn)光子是來(lái)自入射筆形光束的散射x射線(xiàn)光子。因此，可創(chuàng)建給定厚度的任何材料的特有散射圖案。通過(guò)對(duì)不同厚度的相同材料重復(fù)該過(guò)程，可創(chuàng)建不同厚度相同材料的特有圖案。類(lèi)似地，對(duì)于不同材料和/或不同厚度的那些材料重復(fù)該過(guò)程，可創(chuàng)建特有散射圖案的數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用名為geant4的軟件包創(chuàng)建了x射線(xiàn)系統(tǒng)和x射線(xiàn)物理學(xué)的montecarlo模型，該軟件包模擬了粒子通過(guò)物質(zhì)的通道。該模型用于模擬入射到不同材料和厚度上的x射線(xiàn)光子的筆形光束的結(jié)果。記錄不同材料和不同厚度的結(jié)果。

每個(gè)散射圖案的形狀與圖1中所示的形狀相似。關(guān)于散射，也稱(chēng)為散射核。對(duì)于任何一個(gè)散射核，可識(shí)別由入射到未與筆形光束對(duì)準(zhǔn)的檢測(cè)器2像素上的所有x射線(xiàn)光子所表示的散射光子，并從圖像中去除。為了進(jìn)一步改善圖像，去除的散射輻射可加回到記錄在直接與筆形光束對(duì)準(zhǔn)作為直接輻射的一個(gè)或多個(gè)像素處的光子強(qiáng)度。因此，所述一個(gè)或多個(gè)像素處所得的輸出強(qiáng)度是直接輻射輸出信號(hào)與檢測(cè)器空間位置處的輸出信號(hào)之和，即若其未散射，則去除的散射輻射的x射線(xiàn)光子會(huì)相互作用。

然而，為所有預(yù)期材料及其厚度創(chuàng)建并使用特有散射核數(shù)據(jù)庫(kù)將需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和非常強(qiáng)大的處理能力，或者在此類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中使用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)非常緩慢。

因此，本發(fā)明的該實(shí)施例的模型使用內(nèi)插技術(shù)，從而為材料及其厚度的組合派生出未特別模擬的散射核。內(nèi)插技術(shù)以及本實(shí)施例中的模擬在本質(zhì)上并非新技術(shù)。

圖9展示了通過(guò)本發(fā)明的方法如何從x射線(xiàn)檢測(cè)器2記錄的數(shù)據(jù)中去除散射x射線(xiàn)光子并且將散射光子重新分配為偽直接輻射的流程圖。

圖10中所示的流程圖更詳細(xì)地展示了圖9所示的過(guò)程，特別展示了產(chǎn)生無(wú)散射圖像的子步驟。

步驟20中，能量強(qiáng)度形式的數(shù)據(jù)由檢測(cè)器2針對(duì)其每個(gè)像素進(jìn)行記錄。

步驟21中，使用例如英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案gb2498615中所述的技術(shù)來(lái)進(jìn)行材料類(lèi)型和厚度識(shí)別子過(guò)程，其中將像素化檢測(cè)器的輸出強(qiáng)度與數(shù)值的數(shù)據(jù)庫(kù)30進(jìn)行比較，所述數(shù)據(jù)庫(kù)30將所述輸出強(qiáng)度與材料識(shí)別和厚度相關(guān)聯(lián)。因此，該步驟的輸出是來(lái)自材料識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)30的材料和厚度，所述材料識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)與檢測(cè)器2的每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)。術(shù)語(yǔ)“材料”包括材料的組合。例如，該步驟的輸出可以是：檢測(cè)器2特定像素處識(shí)別的材料是肌肉和骨骼。事實(shí)上，該步驟21的輸出是材料識(shí)別和/或厚度的第一估值。

步驟22中，所識(shí)別材料的散射核在步驟22a(即來(lái)自散射核31的數(shù)據(jù)庫(kù))中模擬；對(duì)于檢測(cè)器2的每個(gè)像素，所識(shí)別材料的散射核在步驟21中模擬(派生)。步驟22b中將各散射核卷積在一起。如圖10中圖2所示，散射核的卷積形成了已知的圖像散射估值。如圖2所述，散射估值中存在與檢測(cè)器的每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的散射值。步驟22c中，通過(guò)從檢測(cè)器的每個(gè)像素的輸出值中減去散射強(qiáng)度值來(lái)去除表示圖像的所檢測(cè)到的x射線(xiàn)強(qiáng)度中的散射。如圖所示，步驟22c的輸出為無(wú)散射圖像22d，其可以是圖像或者可以是表示為圖像的強(qiáng)度值。

x射線(xiàn)圖像的改善可能會(huì)在此過(guò)程中停止。但材料識(shí)別和厚度的第一估值可能不正確，因此優(yōu)選地，不僅僅通過(guò)基于材料識(shí)別和/或厚度的第一估值從圖像去除散射輻射來(lái)改善圖像。

步驟22中，進(jìn)行初始校準(zhǔn)，以校準(zhǔn)材料和材料厚度數(shù)據(jù)庫(kù)的檢測(cè)器輸出。

步驟23中，材料識(shí)別步驟在步驟22(該輸出強(qiáng)度形成圖像)所得檢測(cè)器的每個(gè)像素的輸出強(qiáng)度上進(jìn)行。該材料識(shí)別步驟中，將步驟22所得檢測(cè)器的每個(gè)像素的輸出強(qiáng)度與為先前識(shí)別的材料和/或厚度創(chuàng)建的檢測(cè)器輸出強(qiáng)度的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。

步驟24中，確定步驟23中的材料和/或厚度的識(shí)別是否優(yōu)化。首先通過(guò)將步驟23中典型材料和/或厚度(或與其相關(guān)的參數(shù))的值與典型步驟21中材料和/或厚度識(shí)別的值進(jìn)行比較，并確定步驟23的結(jié)果是否在步驟21中的數(shù)值閾值內(nèi)。若可能出現(xiàn)答案為“否”的情況，進(jìn)行迭代步驟22和23，直到當(dāng)前步驟22和步驟23迭代中材料和/或厚度的典型數(shù)值已交叉，即其在先前迭代中材料和/或厚度的典型數(shù)值閾值內(nèi)或先前迭代次數(shù)的平均值。若答案為“是”，則該過(guò)程進(jìn)行到步驟25，其中散射通過(guò)重新分配以產(chǎn)生具有重新分配的散射圖像，或不重新分配且產(chǎn)生無(wú)散射圖像。

對(duì)于每次迭代，散射去除步驟22在步驟20所得的散射x射線(xiàn)圖像上進(jìn)行，但每次迭代時(shí)，材料和/或厚度識(shí)別均來(lái)自先前迭代的步驟23，可用于第一迭代后的所有迭代。通過(guò)利用步驟23中所得材料和/或厚度識(shí)別，在散射去除步驟之后，在隨后的散射去除步驟22中，通常經(jīng)過(guò)多次迭代，步驟23的輸出可改善，每次迭代的改進(jìn)隨著迭代次數(shù)的增加而減少。第二次和隨后的迭代中，材料識(shí)別可在用于步驟21中材料和/或厚度識(shí)別的第一數(shù)據(jù)庫(kù)中或在材料類(lèi)型和/或厚度典型數(shù)值的進(jìn)一步數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行。進(jìn)一步數(shù)據(jù)庫(kù)或第一數(shù)據(jù)庫(kù)本身可使用基本不存在散射的情況下收集的數(shù)據(jù)來(lái)填充。所述map僅對(duì)步驟21中材料識(shí)別和/或厚度的第一估值具有必需性。

材料識(shí)別和/或厚度的典型數(shù)值可包括對(duì)比度、散射核、散射估值。

利用減小的散射效應(yīng)，步驟23中的材料識(shí)別可產(chǎn)生由后會(huì)聚無(wú)散射圖像24'所表示的更精確結(jié)果。

重復(fù)步驟21至24，直到材料類(lèi)型和厚度識(shí)別交叉。當(dāng)然，該比較可以是先前數(shù)量的材料數(shù)值的平均值。但操作原則是明確的。重復(fù)步驟21至24，直到所識(shí)別的材料類(lèi)型和厚度(或與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù))無(wú)實(shí)質(zhì)性變化。

若所識(shí)別的材料和/或厚度無(wú)實(shí)質(zhì)變化，則該過(guò)程進(jìn)行到步驟25，其中輸出是通過(guò)將去除的散射輻射添加到檢測(cè)器空間位置的輸出信號(hào)來(lái)重新分配散射的圖像，使去除的散射輻射的x射線(xiàn)光子受到干涉，如未受到散射一樣。重新分配步驟25的結(jié)果由步驟25'中重新分配的圖像表示。

圖10a展示了替代過(guò)程，步驟較少，但需較強(qiáng)的處理能力和較大的散射核數(shù)據(jù)庫(kù)31'。所述散射核數(shù)據(jù)庫(kù)31'由大量的材料和/或厚度來(lái)填充，而并非創(chuàng)建和使用某些材料和/或厚度的散射核數(shù)據(jù)庫(kù)，從而數(shù)據(jù)庫(kù)31'可包含所有預(yù)期材料和/或厚度的散射核。因此，本實(shí)施例中無(wú)需通過(guò)模擬的內(nèi)插步驟22a，并且在步驟22b中散射估值直接通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)31'中的散射核值來(lái)創(chuàng)建。步驟22c和22d如圖10所示，其中該過(guò)程的輸出是步驟22d中的無(wú)散射圖像。

盡管所需的步驟較少，但所需數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力意味著目前如圖9和圖10所示的過(guò)程是優(yōu)選的。

圖11a至12b是進(jìn)行圖8a至10中本發(fā)明過(guò)程的效果示意圖。

使用geant4中蒙特卡羅x射線(xiàn)模擬的模擬實(shí)驗(yàn)中，使用了會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大散射輻射、重疊的鋁和塑料(pmma)件的模擬樣本來(lái)說(shuō)明該技術(shù)的有效性。模擬所使用的三個(gè)樣本，其定義了圖像中的三個(gè)區(qū)域：r1、r2和r3。r1是一種被稱(chēng)為pmma的材料，樣本厚度為18.5mm。r2使用厚度為18.5mm的pmma和厚度為12.7mm的鋁。r3使用厚度為18.5mm的pmma和厚度為6.35mm的鋁。

去除散射之前產(chǎn)生的圖像在相鄰區(qū)域之間的對(duì)比度較低，與r1和r2之間的對(duì)比度噪聲比(cnr)為16.1。

如圖9和10所示的過(guò)程用于將散射輻射重新分配到像素位置(在該位置若x射線(xiàn)光子未散射則相互作用)，再創(chuàng)建校正圖像。圖11a所示圖像與圖11b所示圖像之間對(duì)比度的視覺(jué)改善是很明顯的，特別是在r1和r2之間。信噪比為58.7(幾乎是未校正圖像的4倍)。圖12b中的直方圖也說(shuō)明了改進(jìn)。與r1、r2和r3相關(guān)的峰值現(xiàn)適當(dāng)?shù)亻g隔開(kāi)。

圖12c還展示了根據(jù)本發(fā)明、處理x射線(xiàn)信號(hào)所產(chǎn)生的對(duì)比度噪聲比的改善。該圖展示了r1和r2與r1和r3之間的對(duì)比度噪聲比。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，通過(guò)將兩個(gè)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以一個(gè)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)計(jì)算。

本發(fā)明可更好地識(shí)別散射輻射，并因此更易從包括直接輻射和散射輻射的圖像中去除散射輻射。

此外，本發(fā)明可通過(guò)去除散射輻射或通過(guò)去除散射輻射并將其添加到檢測(cè)器的空間位置處的輸出信號(hào)來(lái)改善對(duì)比度噪聲比，若其未散射，則去除的散射輻射的x射線(xiàn)光子會(huì)互相作用。

通過(guò)改善對(duì)比度噪聲比，x射線(xiàn)劑量可能會(huì)降低或?qū)Ρ榷仍肼暠葧?huì)增加，而無(wú)需增加樣本或患者的x射線(xiàn)劑量。眾所周知，醫(yī)學(xué)背景下，減少劑量可減少對(duì)患者造成傷害的可能性，因此這種做法非常可取。

因此，本發(fā)明所述裝置和方法可減少醫(yī)學(xué)成像中使用的x射線(xiàn)劑量。

不同實(shí)施例的特征與其相關(guān)的所述實(shí)施例并不排斥，可與本文所述的其他實(shí)施例共同使用。