含有一個(gè)原子元素的樣品相關(guān)的示例性最優(yōu)化對比度信息；
[0039]圖6a為圖5中的雙能量對比度調(diào)節(jié)工具的放大視圖，顯示了低能窗口和高能窗口的細(xì)節(jié)；
[0040]圖6b為圖5中雙能量對比度調(diào)節(jié)工具的放大視圖，顯示了片選擇窗口和直方圖窗口的細(xì)節(jié)；
[0041 ] 圖6c為圖5中的雙能量對比度調(diào)節(jié)工具的放大視圖，顯示了最優(yōu)化單掃描參數(shù)選擇過程中的結(jié)果窗口和日志窗口的細(xì)節(jié)；
[0042]圖7a_7c圖示了雙能量對比度調(diào)節(jié)工具的圖形用戶界面，顯示了與含有鉑和鉛的樣品相關(guān)的示例性最優(yōu)化對比度信息，選擇的對比度最優(yōu)化角度分別為153度、137度以及115 度;
[0043]圖7d圖示了雙能量對比度調(diào)節(jié)工具134環(huán)境內(nèi)的雙能量懸停工具770 ；
[0044]圖8示意性地圖示了一種具有兩種元素的樣品的高能X射線吸收比低能X射線像素亮度的示例性直方圖；
[0045]圖9為根據(jù)本發(fā)明的思想，用于X射線成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的圖像重建的方法的流程圖；
[0046]圖1Oa為圖9所示流程圖中步驟細(xì)節(jié)的流程圖；以及
[0047]圖1Ob為根據(jù)本發(fā)明的思想，用于計(jì)算最優(yōu)化單掃描參數(shù)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]圖1為基于透鏡的X射線成像系統(tǒng)的示意圖(“基于透鏡的系統(tǒng)”)。
[0049]基于透鏡的系統(tǒng)100具有產(chǎn)生X射線光束103的X射線源系統(tǒng)102，帶有用于過濾X射線光束103的濾光輪104的濾光鏡切換器裝置106，以及帶有用于支撐樣品114的樣品支撐物112的旋轉(zhuǎn)臺110。放置于X射線源系統(tǒng)102和樣品114之間的聚光鏡108將X射線光束103聚焦在該樣品114上。
[0050]基于透鏡的系統(tǒng)100還具有檢測系統(tǒng)118，以及放置在該樣品114和該檢測系統(tǒng)118之間的物鏡116。當(dāng)樣品114曝光于X射線光束103時(shí)，該樣品114吸收并透射與該X射線光束103相關(guān)的X射線光子。穿過樣品114透射的X射線光子形成衰減的X射線光束105 ;物鏡使該衰減的X射線光束105在檢測系統(tǒng)118中成像。
[0051]檢測系統(tǒng)118以像素為單位創(chuàng)建X射線光子的圖像表示，該X射線光子源自與檢測系統(tǒng)118相互作用的衰減的X射線光束105。
[0052]在檢測系統(tǒng)118形成的圖像還被稱為X射線投影，或者X射線投影圖像。
[0053]該基于透鏡的系統(tǒng)100還具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124包括圖像處理器120、控制器122，以及用戶界面應(yīng)用程序126。與該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124連接的顯示設(shè)備136顯示來自用戶界面應(yīng)用程序126的信息和圖形用戶界面。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124加載來自與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124連接的數(shù)據(jù)庫150的信息，并將信息存儲到與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124連接的數(shù)據(jù)庫150?？刂破?22具有控制接口 130，該控制接口 130允許操作者通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124在軟件的控制下控制并管理基于透鏡的系統(tǒng)100中的組件。
[0054]操作者通過控制器122，并利用用戶界面應(yīng)用程序126配置并管理基于透鏡的系統(tǒng)100中的組件。用戶界面應(yīng)用程序126包括偵察和掃描應(yīng)用程序132以及雙能量對比度調(diào)節(jié)工具134。該控制器122控制具有控制器接口 130的組件。在一個(gè)實(shí)施方式中，該具有控制器接口 130的組件包括圖像處理器120、檢測系統(tǒng)118、旋轉(zhuǎn)臺110、X射線源系統(tǒng)102，以及濾光鏡切換器裝置106。
[0055]為了選擇掃描參數(shù)，操作者通常采用偵察和掃描應(yīng)用程序132來配置X射線源系統(tǒng)102的X射線電壓設(shè)置以及曝光時(shí)間，以及濾光鏡切換器裝置106的濾光輪104的濾光設(shè)置。操作者還會選擇其他設(shè)置，如X射線光束103入射到樣品114的視場、創(chuàng)建的樣品114的X射線投影圖像或片的數(shù)量，以及用于在X射線光束103中旋轉(zhuǎn)樣品114的旋轉(zhuǎn)臺110的旋轉(zhuǎn)角度。
[0056]在樣品114的多能量X射線成像中，操作者至少對樣品114執(zhí)行低能掃描和高能掃描。操作者為該低能和高能掃描選擇與樣品114中化合物的已知的X射線吸收系數(shù)相關(guān)的掃描參數(shù)。
[0057]操作者采用若干技術(shù)，為該兩種掃描生成高低能X射線光束。在一個(gè)示例中，X射線源系統(tǒng)102利用低能X射線源生成低能X射線光束，并利用高能X射線源生成高能X射線光束。在另一示例中，X射線源系統(tǒng)利用X射線源的低能設(shè)置生成低能X射線光束，并利用該X射線源系統(tǒng)的高能設(shè)置生成高能X射線光束。在其他示例中使用濾光鏡，X射線源系統(tǒng)利用X射線源的低能濾光鏡生成低能X射線光束，并利用該X射線源的高能濾光鏡生成高能X射線光束。在又一示例中，使用不同的X射線源陽極靶，以使X射線源系統(tǒng)使用X射線源的低能陽極靶生成低能X射線光束，并使用該X射線源的高能陽極靶生成高能X射線光束。最后，X射線源可利用X射線源低能曝光時(shí)間生成低能X射線光束，并利用該X射線源的高能曝光生成高能X射線光束。總之，低能曝光時(shí)間和高能曝光時(shí)間彼此不同，并被選擇用于產(chǎn)生具有足夠信噪比的數(shù)據(jù)集。
[0058]一些設(shè)置，如每次掃描的掃描參數(shù)以及投影數(shù)量，在低能和高能掃描間存在差異。然而某些設(shè)置，如視場、起點(diǎn)角度和終點(diǎn)角度，對于低能和高能掃描必須相同或部分重疊。這些設(shè)置有助于由其各自掃描創(chuàng)建的低能和高能重建斷層數(shù)據(jù)集的后續(xù)對齊和配準(zhǔn)。這是圖9所示的圖像最優(yōu)化方法900的要求，關(guān)于圖9的詳細(xì)描述會在下文中討論。
[0059]偵察和掃描應(yīng)用程序132具有一個(gè)或多個(gè)雙能量模板133。該偵察和掃描應(yīng)用程序132根據(jù)樣品114的類型提供不同的雙能量模板133。該雙能量模板133在圖9中圖像最優(yōu)化方法900的要求的低能和高能掃描間提供相同的設(shè)置，同時(shí)允許操作者針對低能和高能掃描選擇掃描參數(shù)和其他設(shè)置。
[0060]使用雙能量模板133，操作者為低能和高能掃描提供相同的視場和相同的起點(diǎn)和終點(diǎn)角度。操作者然后確定低能和高能掃描相關(guān)的掃描參數(shù)，并確定在掃描間不同的其他設(shè)置，如投影的數(shù)量。雙能量模板133然后提供配置，用于執(zhí)行樣品114的低能和高能掃描。
[0061]掃描過程中，圖像處理器120接收并處理來自檢測系統(tǒng)118的每個(gè)投影。偵察和掃描應(yīng)用程序132存儲來自該圖像處理器120的投影，用于之后生成樣品114的重建斷層體數(shù)據(jù)集。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124將來自每次掃描的斷層數(shù)據(jù)集，以及其相關(guān)的掃描參數(shù)和設(shè)置保存到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124的本地存儲器，或數(shù)據(jù)庫150。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在計(jì)算用于低能掃描的低能斷層體數(shù)據(jù)集，以及用于高能掃描的高能斷層體數(shù)據(jù)集后，將其存儲到本地存儲器或者數(shù)據(jù)庫150。
[0062]操作者使用雙能量對比度調(diào)節(jié)工具134最優(yōu)化樣品114的圖像對比度。操作者使用該雙能量對比度工具134加載低能斷層體數(shù)據(jù)集152以及高能斷層體數(shù)據(jù)集154。然后，操作者選擇數(shù)據(jù)集內(nèi)的片，并選擇用于最優(yōu)化被選擇片的圖像對比度的信息。然后，操作者將該信息用于最優(yōu)化圖像對比度，并創(chuàng)建組合或合成體數(shù)據(jù)集156。
[0063]由于該組合體數(shù)據(jù)集156包含具有最優(yōu)化圖像對比度的片，因此該組合體數(shù)據(jù)集156又被稱為最優(yōu)化組合體數(shù)據(jù)集。
[0064]—旦操作者創(chuàng)建組合體數(shù)據(jù)集156，操作者可選地使用雙能量對比度調(diào)節(jié)工具134，以根據(jù)與創(chuàng)建組合體數(shù)據(jù)集156相關(guān)的掃描參數(shù)計(jì)算最優(yōu)化單掃描參數(shù)158。如果操作者想要對多個(gè)樣品執(zhí)行測試，以產(chǎn)生相同的近似對比度結(jié)果時(shí)，這是尤其有用的。通過這種方式，操作者可以將最優(yōu)化單掃描參數(shù)158應(yīng)用到基于透鏡的系統(tǒng)100中，以執(zhí)行同一樣品114，或者具有類似元素構(gòu)成的新樣品的后續(xù)單能量掃描。
[0065]關(guān)于最優(yōu)化單掃描參數(shù)的計(jì)算會在下文出現(xiàn)的圖1OB所示的方法938相關(guān)的詳細(xì)描述中進(jìn)一步討論。
[0066]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于投影的X射線成像系統(tǒng)200 (“基于投影的系統(tǒng)”)的示意圖。該基于投影的系統(tǒng)200在結(jié)構(gòu)上類似于基于透鏡的系統(tǒng)100，并且具有基本相同的運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)，然而在放大級上通常性能較低。
[0067]基于投影的系統(tǒng)200省略了基于透鏡系統(tǒng)100中的聚光鏡108和物鏡116。除此之外，基于投影的系統(tǒng)200具有與基于透鏡的系統(tǒng)100相同的組件，并且操作者以與基于透鏡的系統(tǒng)100相同的方式使用基于投影的系統(tǒng)200及其組件，以創(chuàng)建X射線投影和樣品114的重建斷層體數(shù)據(jù)集。
[0068]基于投影的系統(tǒng)200并不依賴透鏡創(chuàng)建樣品114的放大透射圖像，而是通過采用投影到檢測系統(tǒng)118的X射線源102的小X射線源點(diǎn)創(chuàng)建樣品114的放大點(diǎn)投影圖像。放大是通過將樣品114放置在接近X射線源102的位置實(shí)現(xiàn)的，在這種情況下，基于投影的系統(tǒng)200的分辨率受X射線源的點(diǎn)尺寸的限制。該樣品114的放大投影圖像形成于檢測系統(tǒng)118 ;該放大投影圖像的放大倍數(shù)等于源到樣品的距離202與樣品到檢測的距離204的比例。在基于投影的系統(tǒng)200上獲得高分辨率的另一種方式為采用甚高分辨率檢測系統(tǒng)118，并將樣品114放置在接近于檢測器的位置，在這種情況下，X射線圖像的分辨率受檢測系統(tǒng)114的分辨率的限制。
[0069]為了調(diào)節(jié)圖像的放大倍數(shù)，操作者采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124上的用戶界面應(yīng)用程序124調(diào)節(jié)源到樣本距離202以及源到檢測器距離204。操作者通過控制器122移動旋轉(zhuǎn)臺100，從而調(diào)節(jié)這些距離，并獲得期望的放大倍數(shù)。根據(jù)一些實(shí)施方式，X射線檢測系統(tǒng)118還通過改變X射線檢測系統(tǒng)118內(nèi)的像素尺寸，提供調(diào)節(jié)在樣品上視場的能力。
[0070]圖3A為圖1中基于透鏡的系統(tǒng)100和圖2中基于投影的系統(tǒng)200采用的濾光鏡切換器裝置106的比例頂視圖。濾光鏡切換器裝置106具有濾光輪104，該濾光輪104用于支撐位于該輪外緣周圍排列的每個(gè)圓形端口 104-1的濾光鏡。
[0071]圖3B和圖3C分別為濾光鏡切換器裝置10的比例前視圖和側(cè)視圖。該濾光鏡切換器裝置106以精確調(diào)整控制裝置302為特點(diǎn)，該精確調(diào)整控制裝置302用于提高該濾光輪104的穩(wěn)定性和定位精度。
[0072]該濾光輪104具有端口 104-1，該端口 104_1通常包括用于過濾X射線光束103的濾光鏡。操作者采用圖1和圖2所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124的用戶界面應(yīng)用程序126和控制器122，在軟件的控制下選擇不同的濾光鏡。
[0073]作為操作者對與孔104-1關(guān)聯(lián)的濾光鏡進(jìn)行選擇的響應(yīng)，控制器122發(fā)出信號指示濾光鏡切換器裝置106將濾光輪104旋轉(zhuǎn)至孔104-1，以響應(yīng)該選擇。當(dāng)圖1中的基于透鏡的系統(tǒng)100和圖2中的基于投影的系統(tǒng)200透射X射線光束103，該X射線光束103穿過與被選擇的孔104-1關(guān)聯(lián)的濾光鏡。
[0074]應(yīng)該注意，在圖1和圖2中所示的濾光鏡切換器裝置106位于源102和樣品114之間。在其他示例中，該濾光鏡切換器裝置106位于樣品114和檢測系統(tǒng)118之間。
[0075]圖4為低原子序數(shù)元素，如鈣(Z = 20)的典型的X射線吸收比X射線能量的繪圖400 ( “吸收繪圖”)；該繪圖為采用樣品的雙能量X射線成像以分離出樣品內(nèi)的性質(zhì)提供了理論基礎(chǔ)。兩軸均利用對數(shù)比例繪制。當(dāng)樣品114在低能和高能X射線下受輻照時(shí)，樣品的雙能量X射線成像利用吸收和散射行為的交叉。
[0076]低原子序數(shù)元素通常包括氫(H = I)到鐵(Fe = 26)，而高原子序數(shù)元素為原子序數(shù)大于鐵的元素。對于雙能量X射線成像，低原子序數(shù)元素與高原子序數(shù)元素具有不同的吸收繪圖400。
[0077]低原子序數(shù)元素的吸收繪圖400具有被拐點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)484隔開的