背景技術(shù)：

x-射線計算機(jī)斷層攝影(ct)是一種用于檢查和分析樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非破壞性技術(shù)。一般來說，當(dāng)x-射線穿過樣品時，x-射線被樣品吸收或散射。沒有被吸收或散射離開的x-射線透射通過樣品，并且然后被檢測器系統(tǒng)檢測。在檢測器系統(tǒng)形成的圖像被稱為x-射線投影。經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)的ct重建算法，比如濾過反向投影算法(fbp)，從這一系列的不同角度的投影得出層析成像體積數(shù)據(jù)集。

某些x-射線ct系統(tǒng)使用多色x-射線源來生成所述x-射線投影。多色x-射線源包括x-射線管(實(shí)驗(yàn)室光源)、白色同步加速器束或基于加速器的光源。總體而言，從這些光源發(fā)射的多色x-射線束包括具有許多不同能量的x-射線。這些x-射線的根據(jù)能量的分布規(guī)律一般叫做該射束的譜。多色x-射線束與只包括一種能量或很窄的能量范圍的x-射線的單色射束是不一樣的。

白色同步加速器束即為一種多色x-射線源。隨著電子通過所述同步加速器加速，所述電子以很窄的與環(huán)相切的角度釋放出強(qiáng)烈的“白色”的多色輻射。該射束包括從柔和的紫外線到強(qiáng)烈的x-射線的輻射?？梢酝ㄟ^應(yīng)用濾波器，比如傳遞/反射選定能量的輻射的晶體單色器和/或x-射線鏡，就可以從所述白色多色射束中創(chuàng)建單色x-射線源。

實(shí)驗(yàn)室光源，比如x-射線管也可以產(chǎn)生多色x-射線，一般使用固定或旋轉(zhuǎn)陽極。在真空管中，燈絲(比如鎢絲)作為陰極而金屬靶作為陽極。在所述陰極上施加高電壓(加速)，在所述陰極和陽極間創(chuàng)建高電勢。這使得電子在真空中從陰極向陽極流動并加速。電子與所述陽極材料碰撞并加速所述陽極材料中的其他電子、離子以及核子。這一過程生成x-射線。x-射線管產(chǎn)生的x-射線的譜是依據(jù)所述陽極靶材料和所述加速電壓的結(jié)果。所述譜的特征在于連續(xù)地制動輻射譜(“剎車輻射”)x-射線，以及因?yàn)殛枠O材料芯電子去激發(fā)和離子化產(chǎn)生的特定頻率的次級x-射線輻射，也叫x-射線熒光(xrf)。所述次級x-射線輻射或x-射線線為陽極材料中所用的金屬所特有。所述制動輻射是主要的x-射線，可以用作多色x-射線源，而x-射線濾波器和/或x-射線鏡可以應(yīng)用在所述特征x-射線輻射和/或所述制動輻射以產(chǎn)生單色x-射線，如實(shí)施例所述。

x-射線源發(fā)射的x-射線譜在使用所述x-射線源的期間會隨著時間改變。例如，在x-射線管中，由于所述電子撞擊所述陽極靶材料，靶材料的某些部分會燒蝕或剝落。這造成靶子隨著時間的過去發(fā)生質(zhì)量損失(例如變得單薄)。這一現(xiàn)象也叫做“光源靶燒毀”。隨著所述靶子變得單薄，所述靶子傳遞的低x-射線能量的x-射線越來越多，由此造成所述x-射線的x-射線譜隨著時間過去發(fā)生改變。

在x-射線ct系統(tǒng)中使用多色x-射線束是有優(yōu)勢的。使用多色x-射線光的主要優(yōu)勢在于，對于給定的光源，多色x-射線束一般比單色x-射線更強(qiáng)。這是因?yàn)楸苊饬擞袚p耗的能量濾波器。

但是使用多色x-射線束也有劣勢。與單色光不同，多色x-射線的所述x-射線吸收通常與樣品材料的厚度不成比例。這是因?yàn)楫?dāng)射束穿過樣品的時候，所述多色x-射線束的較低x-射線能量相對較低x-射線能量被樣品吸收更多。因此，在使用多色x-射線束生成x-射線投影的時候，使用一種叫做束硬化(bh)的處理。束硬化與x-射線譜中隨著x-射線穿過樣品朝著更高的x-射線能量的改變有關(guān)。

在從多色x-射線到斷層攝影重建的期間，束硬化常常產(chǎn)生偽影。束硬化生成的典型偽影包括杯突偽影以及條紋偽影。一般而言，樣品中具有較高原子序數(shù)(z)的元素，比如金屬，在斷層攝影重建影像中比原子序數(shù)低的元素會產(chǎn)生更多的bh偽影。

為了減少或防止多色x-射線束創(chuàng)建的斷層攝影重建中的偽影，對系統(tǒng)的x-射線源發(fā)射的x-射線的精確能量譜有先驗(yàn)知識，以及對不同x-射線能量上的檢測系統(tǒng)的一個或多個檢測器的靈敏度有先驗(yàn)知識是非常重要的。因此，在使用多色x-射線源的x-射線ct系統(tǒng)創(chuàng)建的樣品的斷層攝影重建的偽影減少中，x-射線源譜測量或估計通常是關(guān)鍵問題。

對于x-射線成像/ct系統(tǒng)中x-射線源給定的加速電壓(kvp)、預(yù)濾器和檢測器的組合，典型的譜測量和估計方法如下：1)使用已知的標(biāo)準(zhǔn)體模(比如步進(jìn)式光楔體模和錐體模)獲取x-射線透射測量結(jié)果；以及2)通過某些迭代算法(例如期望最大化<em>算法)，基于所述透射測量結(jié)果估計該組合的實(shí)際譜。一般而言，用蒙特卡洛模擬譜作為初始輸入。參見l.zhang,g.zhang,z.chen,y.xing,j.chengandy.xiao,"x-rayspectrumestimationfromtransmissionmeasurementsusingtheexpectationmaximizationmethod,"2007ieeenuclearsciencesymposiumconferencerecord,m13-293,3089-3993；ande.sidky,l.yu,x.pan,y.zouandm.vannier,"arobustmethodofx-raysourcespectrumestimationfromtransmissionmeasurements:demonstratedoncomputersimulated,scatter-freetransmissiondata,"journalofappliedphysics97,124701(2005)。這兩篇文章都在此引用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

當(dāng)前x-射線ct系統(tǒng)中的x-射線源譜測量和估計有不足之處。因?yàn)楫?dāng)前大多數(shù)靈活的x-射線ct系統(tǒng)支持多個加速電壓、預(yù)濾器和/或檢測器，所述透射率測量程序必須針對所述加速電壓、預(yù)濾器和/或檢測器的每個組合重復(fù)。因此，對所述不同組合的x-射線源譜測量和估計是非常消耗時間的。

而且，基于體模的x-射線源譜測量/校準(zhǔn)不適于長期斷層攝影。因?yàn)閤-射線源產(chǎn)生的所述x-射線的能量譜會隨著時間改變(甚至在掃描期間就改變)，長期掃描一般要求至少有一次使用標(biāo)準(zhǔn)體模測量x-射線源發(fā)射的x-射線的能量譜的改變的掃描中再校準(zhǔn)。為了這一目的，操作人員一般會停止掃描，從x-射線ct系統(tǒng)中移除樣品(一般也包括樣品座)，并將一個標(biāo)準(zhǔn)體模置于光路中以執(zhí)行x-射線源譜測量。完成所述一次或多次校準(zhǔn)之后，操作人員移除所述體模，更換包含樣品的樣品座并恢復(fù)掃描。這種x-射線源譜校準(zhǔn)不方便、耗時久，并且可能在樣品更換并恢復(fù)掃描之后生成的斷層攝影重建中造成誤差。如果這些樣品沒有被精準(zhǔn)地如譜再校準(zhǔn)之前一樣地放置在光路中，則可能產(chǎn)生這些誤差。

x-射線源發(fā)射的x-射線的譜是x-射線ct系統(tǒng)的主要特征。因而，x-射線源譜校準(zhǔn)以及測量可以被用作這些系統(tǒng)的問題或維護(hù)方面的診斷。

本發(fā)明是簡化的x-射線譜測量估計的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明利用一些預(yù)濾器，所述預(yù)濾器作為x-射線源譜測量和/或校準(zhǔn)工具具有不同的材料和/或不同厚度，而非使用傳統(tǒng)的步進(jìn)式光楔體?；蝈F體模。在一個實(shí)施例中，所述x-射線源譜的測量和校準(zhǔn)使用x-射線ct系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)濾光輪組件。所述濾光輪一般包括一打或以上的位于x-射線源輸出點(diǎn)附近的預(yù)濾器。所述預(yù)濾器用于在x-射線束入射到樣品之前將x-射線束中的具有不同能量的x-射線移除。本發(fā)明的實(shí)施例的另一方面是關(guān)于在x-射線ct系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的軟件程序。

因?yàn)閤-射線ct系統(tǒng)不在真空中操作，而是使用空氣作為x-射線束的透射媒介，在使用所述濾光輪的具有不同厚度/密度的預(yù)濾器的時候，所述x-射線ct系統(tǒng)必須考慮由空氣分子造成的少量的x-射線吸收。為了這一目的，優(yōu)選地，所述預(yù)濾器中的一個是所述濾光輪中的一個空斑，也叫做空氣預(yù)濾器。根據(jù)本發(fā)明的原理，先獲取x-射線源透射測量。出于這個目的，所述x-射線ct系統(tǒng)中沒有放置樣品或者所述樣品被移出所述x-射線源的光路，并且獲取對濾波器、x-射線能量以及至少一個檢測器的不同組合的透射測量結(jié)果。一般先做所述空氣預(yù)濾器的所述測量，然后進(jìn)行對不同材料和/或非零厚度的預(yù)濾器的透射測量。每個預(yù)濾器的透射曲線是根據(jù)所述透射測量繪制，每個預(yù)濾器的衰減曲線是根據(jù)所述相關(guān)的透射曲線繪制的，并且隨后根據(jù)所述衰減曲線創(chuàng)建一個基線譜集。所述基線譜包括譜，創(chuàng)建所述譜是用于每個預(yù)濾器的衰減曲線并與所述每個預(yù)濾器有關(guān)，包括所述空氣預(yù)濾器。

然后，在所述x-射線ct系統(tǒng)的操作期間(例如在掃描樣品的期間)，每個預(yù)濾器的透射值，例如空氣預(yù)濾器的透射值，會被測量并跟同一預(yù)濾器在所述基線譜集中的相關(guān)透射值進(jìn)行比較。這一比較被用來決定所述x-射線源的x-射線譜是否已經(jīng)隨著時間發(fā)生改變，即自計算了所述基線譜以來是否已經(jīng)隨著時間發(fā)生改變。如果所述比較顯示所述x-射線譜已經(jīng)發(fā)生改變，本發(fā)明可以用來通過估計所述x-射線源發(fā)射的x-射線的譜發(fā)生的改變來進(jìn)行校準(zhǔn)。

為了這一目的，可以通過僅對一些(例如2或3個)選定的預(yù)濾器進(jìn)行新的透射測量來估計所述x-射線源譜發(fā)生的改變。為了這個估計，所述新的透射測量結(jié)果隨即被“擬合”相應(yīng)的透射曲線(例如衰減曲線)，從中創(chuàng)建所述基線譜。然后這些經(jīng)計算的譜被用在所述樣品的投影所決定的所述斷層攝影重建的計算中。在別的應(yīng)用中，這些經(jīng)計算的譜被用來診斷所述x-射線源的問題，或者評估x-射線源的目標(biāo)(例如實(shí)驗(yàn)室x-射線管的陽極)的剩余壽命。

采用本發(fā)明的原理可以取得數(shù)個優(yōu)勢。首先，所述新的譜測量和校準(zhǔn)方法不需要標(biāo)準(zhǔn)的比如步進(jìn)式光楔體模和錐體模，而所述步進(jìn)式光楔體模和錐體模對于現(xiàn)有的譜測量方法是必須的。其次，不再需要像現(xiàn)有的譜測量方法那樣去暴力測量x-射線源加速電壓、預(yù)濾器和檢測器的每個不同組合的衰減曲線。取而代之的是源加速電壓和預(yù)濾器和檢測器的不同組合的所有的衰減曲線可以基于更少的、現(xiàn)有測量方法對至少一個源加速電壓和預(yù)濾器和至少一個檢測器不同組合的測量來計算。操作者可以將數(shù)個或者全部的加速電壓、預(yù)濾器和檢測器的組合的譜存檔，但是一次只使用一個用于斷層攝影。第三，因?yàn)椴辉傩枰皿w模置換出樣品(或者說樣品和樣品座)然后更換所述樣品并恢復(fù)掃描，因?yàn)樗鰳悠返牟煌耆膶?zhǔn)給所述斷層攝影重建造成誤差的可能性被大大降低。

本發(fā)明提出的譜測量和估計方法可以用來排除和減少所述標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)式光楔體?；蝈F體模的使用。取而代之地，現(xiàn)有x-射線ct系統(tǒng)的濾光輪可以被用來完成同樣的目標(biāo)，而可能僅需要針對必要的預(yù)濾器組選擇和/或改變所述濾波器。這簡化了譜測量。

本發(fā)明提出的所述系統(tǒng)和方法要求進(jìn)行的譜測量較之現(xiàn)有系統(tǒng)的方法也更少。相反，使用ct系統(tǒng)x-射線的預(yù)濾器、加速電壓和檢測器的不同選擇，可以基于少至2次或3次掃描來估計加速電壓和預(yù)濾器和檢測器的多個不同組合的譜。這極大地節(jié)約了時間。

最后，所述提出的系統(tǒng)和方法排除了現(xiàn)有x-射線源譜校準(zhǔn)方法因?yàn)橐騲-射線ct系統(tǒng)中裝入體模并更換樣品回x-射線ct系統(tǒng)而引起的潛在計算誤差。例如，當(dāng)前方法通常要求從系統(tǒng)中移除所述樣品座以及樣品并將所述體模置于所述系統(tǒng)以執(zhí)行所述x-射線源校準(zhǔn)，以及隨后再將所述樣品座和樣品放回所述系統(tǒng)以完成對該樣品的掃描。這一過程是添亂并耗時的。相反，有了本發(fā)明提出的方法，操作人員一般僅需將所述樣品轉(zhuǎn)出所述x-射線ct系統(tǒng)的光路以執(zhí)行所述校準(zhǔn)步驟，然后再以之前存儲的樣品對準(zhǔn)設(shè)置將所述樣品轉(zhuǎn)回到所述光路中以執(zhí)行所述掃描。所述樣品無需從所述x-射線ct系統(tǒng)中移除。

總體而言，根據(jù)一個方面，本發(fā)明的特征是x-射線ct系統(tǒng)中的x-射線譜測量和估計方法。本方法確定至少一個x-射線加速電壓、濾波器和至少一個檢測器的多個不同組合的從x-射線ct系統(tǒng)的x-射線源發(fā)射的x-射線的基線譜。在所述x-射線ct系統(tǒng)操作期間，監(jiān)測所述x-射線以確定所述x-射線源譜的改變，并且響應(yīng)于確定所述x-射線源譜已經(jīng)發(fā)生改變而基于一個或多個濾波器，比如至少2或3個濾波器的測量透射值來計算新的基線譜。

優(yōu)選地，所述方法用于斷層攝影重建和束硬化校正。該方法還能用于多能量計算機(jī)斷層攝影以及用于診斷所述x-射線ct系統(tǒng)。

在一個實(shí)施例中，所述方法監(jiān)測所述x-射線以通過使用x-射線加速電壓、一個濾波器和檢測器的組合來獲取透射值，再將所獲取的透射值與以所述x-射線加速電壓、所述一個濾波器以及所述檢測器的相同組合的基線譜內(nèi)的透射值進(jìn)行比較。

一般而言，所述方法確定所述基線譜是通過使用x-射線加速電壓、濾波器和檢測器的組合來獲取透射測量結(jié)果，并從透射曲線計算每個所述濾波器的衰減曲線。

所述方法確定所述基線譜此外或另外還可以通過基于x-射線加速電壓、濾波器和檢測器的組合獲取的透射測量結(jié)果計算每個所述濾波器的衰減曲線，再將期望最大化(em)算法用于所述衰減曲線。

所述方法計算新的基線譜是通過識別用于測量至少2或3個濾波器的透射值的加速電壓以及檢測器的組合，以所識別的加速電壓和檢測器組合來來測量空氣濾波器的透射值，再使用所述空氣濾波器的所述透射值以及所述至少2或3個濾波器的所述透射值來創(chuàng)建透射曲線并從所述透射曲線中創(chuàng)建衰減曲線。

所述方法計算新的基線譜是此外或另外通過從所述基線譜以通常的加速電壓和檢測器組合來選擇空氣濾波器譜，針對所選擇的空氣濾波器譜來擬合所述衰減曲線，再使用em算法，在所擬合的衰減曲線內(nèi)以所述通常的加速電壓和檢測器組合根據(jù)所述空氣濾波器譜來估計所述空氣濾波器的校正譜。

所述方法計算新的基線譜是此外或另外通過使用所述測量的至少2或3個濾波器的透射值來創(chuàng)建空氣濾波器的估計的校正譜，再從所述空氣濾波器的所述估計的校正譜來計算所述新的基線譜。

所述方法優(yōu)選在沒有幻影體模存在的情況下完成至少基于測量2或3個濾波器的測量透射值來計算新的基線譜模。

所述方法此外還可以在掃描所述樣品的期間使用所述基線譜以及所述新的基線譜以校正所述樣品的斷層攝影重建中的束硬化。

一般而言，根據(jù)另一方面，本發(fā)明的特征是x-射線顯微鏡系統(tǒng)中的x-射線譜測量和估計方法，針對諸如以下的應(yīng)用：斷層攝影重建、束硬化校正、多(雙)能量計算機(jī)斷層攝影(ct)以及x-射線顯微鏡系統(tǒng)診斷。所述方法確定x-射線源加速電壓、預(yù)濾器和/或檢測器的組合的譜。在操作所述x-射線顯微鏡之前，通過測量多個預(yù)濾器的透射值而從所測量的透射值，估計或計算所述源加速電壓、預(yù)濾器和/或檢測器的組合的譜。

一般而言，根據(jù)另一方面，本發(fā)明的特征是x-射線ct系統(tǒng)，所述x-射線ct系統(tǒng)包括x-射線成像系統(tǒng)以及計算機(jī)系統(tǒng)，所述計算機(jī)系統(tǒng)具有控制器，配置用來控制所述x-射線ct系統(tǒng)的組件。所述x-射線成像系統(tǒng)包括x-射線源、濾波器以及檢測器系統(tǒng)。所述計算機(jī)系統(tǒng)確定以x-射線源的x射線加速電壓、濾波器以及所述檢測器系統(tǒng)的檢測器的不同組合的從所述x-射線源發(fā)射的x-射線的基線譜；監(jiān)測所述x-射線以確定所述x-射線源譜的改變；并且響應(yīng)于確定所述x-射線源譜已經(jīng)改變而基于測量一個或多個濾波器，例如至少2或3個濾波器的透射值來計算新的基線譜。

優(yōu)選地，所述新的基線譜用于斷層攝影重建和束硬化校正。所述新的基線譜還可以用于多能量計算機(jī)斷層攝影和所述x-射線ct系統(tǒng)診斷。

在一個實(shí)施例中，所述計算機(jī)系統(tǒng)確定x-射線源譜的改變是通過使用x-射線加速電壓、一個濾波器以及檢測器的組合來獲取透射值，再將所獲取的透射值與以所述x-射線加速電壓、所述一個濾波器以及所述檢測器的組合的在所述基線譜內(nèi)的透射值進(jìn)行比較。

所述計算機(jī)系統(tǒng)確定所述基線譜是通過使用x-射線加速電壓、濾波器和檢測器的組合來獲取透射測量結(jié)果，使用所述透射測量結(jié)果計算每個所述濾波器的透射曲線，再從所述透射曲線計算每個所述濾波器的衰減曲線。

所述計算機(jī)系統(tǒng)確定所述基線譜此外或另外還可以通過基于使用x-射線加速電壓、濾波器和檢測器的組合獲取的透射測量結(jié)果來計算每個所述濾波器的衰減曲線，再將期望最大化(em)算法用于所述衰減曲線。

所述計算機(jī)系統(tǒng)計算新的基線譜是此外或另外通過識別用于測量所述至少2或3個濾波器的透射值的加速電壓和檢測器的組合，以所識別的加速電壓和檢測器組合來測量空氣濾波器的透射值，再使用所述空氣濾波器的所述透射值以及所述2或3個濾波器的透射值創(chuàng)建透射曲線并從所述透射曲線來創(chuàng)建衰減曲線。

參考附圖和權(quán)利要求，以下將更具體地說明本發(fā)明的上述和其他特征，包括部件的結(jié)構(gòu)和組合的各種新穎細(xì)節(jié)以及其他優(yōu)勢。應(yīng)當(dāng)理解體現(xiàn)本發(fā)明的具體方法和設(shè)備只是用作說明而非限制本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的原理和特征可以被用于各種和無數(shù)的實(shí)施例中。

附圖說明

在附圖中，附圖標(biāo)記通過不同的視圖指示相同的部分。附圖不一定按照比例繪制；重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的原理。圖中：

圖1是本發(fā)明的方法可適用的x-射線ct系統(tǒng)的示意圖；

圖2是具有濾波器的x-射線ct系統(tǒng)的示例性濾波輪(filterwheel)的示意圖；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的原理，用于獲取從x-射線ct系統(tǒng)的x-射線源發(fā)射的x-射線的基線譜集的方法的流程圖；

圖3b-1是用于x-射線ct系統(tǒng)的譜校準(zhǔn)方法的流程圖，其中在執(zhí)行樣品的單次短持續(xù)時間斷層攝影掃描期間，該方法應(yīng)用來自圖3a的方法的基線譜集以生成樣品的譜校正投影；

圖3b-2是用于樣品的長持續(xù)時間掃描的譜校準(zhǔn)方法的流程圖；

圖4是示出提供用于從圖3a、3b-1和3b-2的方法中的所選擇的加速電壓、預(yù)濾器和檢測器的組合計算譜的更多細(xì)節(jié)的方法的流程圖；

圖5示出包括作為用于air(即，空氣預(yù)濾器)測量的、he1預(yù)濾器測量的和he1預(yù)濾器計算的濾波器指數(shù)的函數(shù)的衰減值的不同衰減曲線的圖，；

圖6是作為x-射線加速能量(kvp)的函數(shù)的兩個不同的估計的校正x-射線能譜的圖；

圖7是從使用在70kvp，80kvp，90kvp，…，150kvp(這里僅示出70kvp，90kvp，110kvp，130kvp和150kvp)下的濾波器集的實(shí)際衰減曲線測量結(jié)果，用于更精細(xì)加速電壓的衰減曲線(即，衰減曲線是透射曲線的負(fù)對數(shù))的內(nèi)插的示例；以及

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的原理創(chuàng)建的x-射線ct系統(tǒng)的x-射線源譜的衰減曲線的曲線圖，其中已經(jīng)確定x-射線源譜隨時間改變，并且其中可以利用僅使用兩個預(yù)濾器透射測量結(jié)果(le1和he5)創(chuàng)建的擬合的衰減曲線的圖以估計跨所有預(yù)濾器設(shè)置、加速電壓和檢測器組合的改變的x-射線能譜的校正。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中展示了本發(fā)明的說明性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可能以許多不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是詳細(xì)和完全的，并且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。

如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。此外，除非另有明確說明，本文中冠詞“一”，“一個”和“該”的單數(shù)形式也意為包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包括”，“包含”，和/或包括，或指定所述特征的存在，整數(shù)，步驟，操作，元件和/或組件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特征，整數(shù)，步驟，操作，元件，和/或組件。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)包括組件或子系統(tǒng)的元件被稱為和/或示出為連接或耦合到另一元件時，它可以直接連接或耦合到另一元件，或者可以存在中間元件。

對于單色x-射線，比爾定律描述了當(dāng)x-射線通過純凈物體時x-射線將被衰減：

i＝i0e^-μt

其中i0是入射在物體上的x-射線強(qiáng)度，t是物體厚度，i是透射物體的x-射線強(qiáng)度，μ是物體的衰減系數(shù)(包括光電吸收和康普頓散射的效應(yīng)，以及若x-射線能量>1.02mev時電子對效應(yīng))，其取決于樣品密度ρ，原子序數(shù)z，原子質(zhì)量a和x-射線能量e。

上述公式可以用積分形式改寫：

i＝i0e^-∫μ(l)dl，和

∫μ(l)dl＝-ln(i/i0)

其中l(wèi)是穿過物體的束路徑。這完全滿足了ct重建算法的線積分需求。其結(jié)果是，對于單色x-射線不引入束硬化(bh)偽影。

另一方面，多色x-射線源在譜d(e)上生成x-射線。為簡單起見，d(e)也包括檢測器靈敏度的影響。物體的下游強(qiáng)度i由下式給出：

i＝i0∫d(e)e^{-∫μ(e,i)dl}de

μ(e)通常是e的非線性函數(shù)，由下式給出：

其中

n≈4(光電吸收部分)，以及

(康普頓散射部分)，其中fkn是克萊-仁科公式。

由于μ(e)通常是能量e的非線性函數(shù)，來自多色x-射線源的x-射線的透射不能滿足ct重建算法的線積分需求。μhigh-energy<μlow-energy，意味著該材料相對于高-能量x-射線吸收“更多的”低-能量x-射線。通過樣品透射的衰減的x-射線的輸出譜看起來難以“移動”，被稱為束硬化(bh)。高-z金屬材料具有更嚴(yán)重的束硬化問題，導(dǎo)致在ct重建斷層攝影圖像中典型的金屬偽影。然而，如果從源發(fā)射的x-射線的譜是已知的或可以導(dǎo)出，可以在斷層攝影重建中減少或去除這些偽影。

圖1是本發(fā)明的方法可適用的x-射線ct系統(tǒng)100的示意圖，并且其通常易受束硬化問題影響。

一般來說，x-射線ct系統(tǒng)100包括生成多色x-射線束104的x-射線源102，以及具有樣品保持器112的旋轉(zhuǎn)臺110，用于將樣品114保持在來自x-射線源系統(tǒng)102的x-射線束104中。圖像或x-射線投影通過檢測器系統(tǒng)118捕捉。x-射線ct系統(tǒng)102、旋轉(zhuǎn)臺110和檢測器系統(tǒng)安裝到x-射線ct系統(tǒng)100的基座108。計算機(jī)系統(tǒng)200通常接收和處理這些圖像，并且提供系統(tǒng)100的一般控制。計算機(jī)系統(tǒng)200或?qū)Ｓ脠D形處理器通常將使用x-射線投影執(zhí)行斷層攝影重建。

在一個示例中，x-射線源102是多色x-射線源。多色x-射線源優(yōu)選是實(shí)驗(yàn)室x-射線源，因?yàn)樗臒o處不在和相對低的成本。盡管如此，同步加速器源或基于加速器的源是另一種選擇。

常見的實(shí)驗(yàn)室x-射線源包括x-射線管，其中電子在真空中通過電場加速并射入金屬靶片，隨著電子在金屬中減速而發(fā)射x-射線。通常，取決于所使用的金屬靶的類型，這樣的源產(chǎn)生與在某些能量的強(qiáng)度尖銳峰組合的背景x-射線(即軔致輻射)的連續(xù)譜，所述某些能量從靶的特征線得到。另外，x-射線束是分散的，并缺乏空間和時間相干性。

在一個示例中，x-射線源102是具有鎢靶的旋轉(zhuǎn)陽極型或微聚焦源。也可以采用包括鉬、金、鉑、銀或銅靶。優(yōu)選地，使用x-射線源102的透射結(jié)構(gòu)，其中電子束從薄靶103的背側(cè)撞擊薄靶103。從靶103的另一側(cè)發(fā)射的x-射線用作束104。

在另一個更特定的示例中，源102是結(jié)構(gòu)化的陽極x-射線源，如在2008年10月28日授權(quán)給yun等人的美國專利號7443953中描述的，其內(nèi)容通過引用整體并入本文。在yun中，該源具有由期望的靶材制成的薄頂層和由具有最佳熱性質(zhì)的低原子序數(shù)和低密度材料制成的厚底層。陽極可以包括，例如，沉積在鈹或金剛石基底層上的具有最佳厚度的銅層。

還可以采用產(chǎn)生具有適合于本文所述的斷層攝影應(yīng)用的能量的輻射的x-射線激光器。

在又一個示例中，x-射線源102是金屬射流x-射線源，例如可以從瑞典的excillumab，kista處獲得。這種類型的源使用微聚焦x-射線管，其中陽極是液體-金屬射流。因此，陽極是連續(xù)再生的并已經(jīng)熔融。

由源102生成的x-射線束104具有通常通過源的操作參數(shù)控制的能譜。在實(shí)驗(yàn)室源的情況下，支配參數(shù)包括靶材和加速電壓(kvp)。能譜也由抑制不需要的能量或輻射波長的任何調(diào)節(jié)濾波器支配。例如，使用例如能量濾波器(設(shè)計用于選擇期望的x-射線波長范圍/帶寬)來消除或衰減存在于束中的不期望的波長。

除了x-射線源102之外，本發(fā)明依賴于濾波器的可用性，該濾波器在與樣品114相互作用之前過濾x-射線束104(預(yù)濾器)。

在一個優(yōu)選地實(shí)施例中，當(dāng)前x-射線ct系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)濾波輪150內(nèi)的濾波器被用作校準(zhǔn)工具的預(yù)濾器。濾波輪150的濾波器被放置在x-射線束103的路徑中，并且被插入x-射線源102和樣品114之間。當(dāng)前x-射線ct系統(tǒng)的操作者使用濾波器以修改和/或補(bǔ)償對于x-射線輸出的束硬化屬性。濾波輪150的濾波器用作測量工具的預(yù)濾器。

更詳細(xì)地，濾波輪150由計算機(jī)系統(tǒng)200的控制器210控制。濾波輪150包括框架155，其在控制器210的控制下經(jīng)由其控制界面130在軸154上旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由濾波輪150的控制界面130，操作者可以選擇濾波輪150，以使輪150的濾波器中的一個與x-射線源系統(tǒng)102的靶103上的出口孔相鄰。以這種方式，所選擇的濾波器(在一個示例中，空氣預(yù)濾器)被對準(zhǔn)以在與樣品114相互作用之前過濾束104。

圖2示出濾波輪150的一個實(shí)施例。濾波輪150包括安裝在框架155中的16個單獨(dú)的預(yù)濾器。這些預(yù)濾器包括六個增加厚度的材料#1濾波器(le1，le2，…，le6)和六個增加厚度的材料#2濾波器(he1，he2，…，he6)。為了測量最高能量，向預(yù)濾器集中添加3個增加厚度的材料#3濾波器(be1，be2，be3)和其它預(yù)濾器。這里，材料#1、#2和#3具有不同的密度。通常，材料#1具有用于過濾低能量x-射線的輕密度，材料#2具有用于過濾低能量和中能量x-射線的中密度，并且材料#3具有用于過濾全帶x-射線的重密度。最后，在濾波輪150中存在一個空的點(diǎn)156(即，空氣點(diǎn)或空氣預(yù)濾器)。

返回到圖1，當(dāng)樣品114暴露于x-射線束104時，透射穿過樣品的x-射線光子形成由檢測器系統(tǒng)118接收的衰減的x-射線束106。在一些其它的示例中，諸如波帶板透鏡的物鏡用于在x-射線成像系統(tǒng)100的檢測器系統(tǒng)118上形成圖像。在替代的實(shí)施例中，檢測器系統(tǒng)是平板檢測器。

在檢測器系統(tǒng)118的最常見結(jié)構(gòu)中，使用幾何放大，樣品114的放大投影圖像以等于源到樣品距離與源到檢測器距離之間的反比的放大率形成在檢測器系統(tǒng)118上。一般來說，由x-射線臺提供的幾何放大率在2x和100x之間，或者更大。在這種情況下，x-射線圖像的分辨率受到x-射線源系統(tǒng)102的焦點(diǎn)尺寸或虛擬尺寸限制。

為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，x-射線ct系統(tǒng)100的一個實(shí)施例進(jìn)一步利用檢測器系統(tǒng)118的非常高分辨率的檢測器124-1，結(jié)合將樣品114定位在靠近x-射線源系統(tǒng)102。在高分辨率的檢測器124-1的一個實(shí)施方式中，閃爍體與顯微鏡物鏡結(jié)合使用以提供在2x和100x之間，或者更大的范圍中的附加放大率。

可以包括其它可能的檢測器，作為在x-射線ct系統(tǒng)100中所示的檢測器系統(tǒng)118的一部分。例如，檢測器系統(tǒng)118可以包括一個較低分辨率的檢測器124-2，如圖1的所示的實(shí)施例中所示。在示例中，這可以是平板檢測器或具有較低放大率的顯微鏡物鏡的檢測器。檢測器系統(tǒng)118的一個、兩個或甚至多個檢測器124的結(jié)構(gòu)是可能的。

優(yōu)選地，兩個或更多個檢測器124-1、124-2安裝在檢測器系統(tǒng)118的轉(zhuǎn)臺122上，使得它們可以交替地旋轉(zhuǎn)到來自樣品114的衰減的束106的路徑中。

通常基于操作者限定的參數(shù)，計算機(jī)系統(tǒng)200的控制器210經(jīng)由控制界面130指示旋轉(zhuǎn)臺110以在x-射線源系統(tǒng)102校準(zhǔn)期間將樣品114移出束路徑。在完成校準(zhǔn)部分之后，控制器210將樣品114移回到束路徑中并相對于束104旋轉(zhuǎn)樣品114，以執(zhí)行樣品114的ct掃描。

在一個示例中，檢測器系統(tǒng)118創(chuàng)建來自與檢測器系統(tǒng)118的檢測器124-1、124-2中的閃爍體交互的衰減的x-射線束106的x-射線光子的像素中的圖像表示。在檢測器系統(tǒng)118處形成的該圖像被稱為x-射線投影或x-射線投影圖像。

在一個示例中，計算機(jī)系統(tǒng)200包括圖像處理器220，其分析x-射線投影并且可能執(zhí)行從x-射線投影創(chuàng)建的斷層攝影重建所需的計算。連接到計算機(jī)系統(tǒng)200的顯示裝置240顯示來自x-射線ct系統(tǒng)100的信息。諸如觸摸屏、鍵盤和/或計算機(jī)鼠標(biāo)的輸入裝置250實(shí)現(xiàn)在操作者、計算機(jī)系統(tǒng)200和顯示裝置240之間的交互。

計算機(jī)系統(tǒng)200從連接到計算機(jī)系統(tǒng)200的數(shù)據(jù)庫260來加載信息并將信息存儲到數(shù)據(jù)庫260。

在一個示例中，使用在計算機(jī)系統(tǒng)200上執(zhí)行的在顯示裝置240上顯示其界面的用戶界面應(yīng)用，操作者限定/選擇ct掃描或校準(zhǔn)參數(shù)。這些包括x-射線加速電壓設(shè)置，和用于限定x-射線源系統(tǒng)102上的掃描和曝光時間的x-射線能譜的設(shè)置。操作者通常還選擇其它設(shè)置，例如為樣品114創(chuàng)建的x-射線投影圖像的數(shù)目和用于旋轉(zhuǎn)x-射線束104中的x-射線ct掃描的樣品114的旋轉(zhuǎn)臺110的角度。

計算機(jī)系統(tǒng)200，借助于其圖像處理器220，接受來自檢測器系統(tǒng)118的與樣品114的每個旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)聯(lián)的圖像或投影信息。圖像處理器220為樣品114的每個旋轉(zhuǎn)角度創(chuàng)建單獨(dú)的投影圖像，并且使用ct重建算法結(jié)合投影圖像以為樣品創(chuàng)建三維斷層攝影體積信息。

為了補(bǔ)償束硬化，在執(zhí)行樣品114的掃描之前必須知道x-射線源系統(tǒng)102的譜，以減少由x-射線ct系統(tǒng)100用于樣品114生成的投影和/或斷層攝影重建中的偽影。

圖3a示出了用于估計x-射線源系統(tǒng)102的譜的校準(zhǔn)方法。然后，這些估計的譜由圖像處理器220使用，以生成具有減少的偽影的樣品114的斷層攝影重建。在該方法期間，樣品114旋轉(zhuǎn)或移出束104路徑。

在步驟308中，計算機(jī)系統(tǒng)200從操作者接收指令，以選擇空氣濾波器、n個附加濾波器以及x-射線源系統(tǒng)102的不同加速電壓和檢測器的不同組合/對m，并且將指令傳遞到控制器210。需要用于一個加速電壓和一個檢測器的至少一對m。

在步驟310中，控制器210選擇x-射線源系統(tǒng)102的檢測器124-1/124-2和能量設(shè)置(例如加速電壓(kvp))的組合/下一對m。然后，在步驟312中，控制器210經(jīng)由濾波器150的控制器界面130發(fā)送信號以旋轉(zhuǎn)濾波輪150，直到air預(yù)濾器156進(jìn)入束104的路徑中。

在步驟314中，獲取用于當(dāng)前所選擇的濾波器(這里是air預(yù)濾器156)透射值，并且將該透射值儲存到用于air預(yù)濾器的緩沖器。

然后，在步驟316中，濾波輪150旋轉(zhuǎn)到下一個所選擇的預(yù)濾器，并且該方法轉(zhuǎn)換回到步驟314，以使用在步驟310中所選擇的(加速電壓、檢測器)設(shè)置的相同對m來獲取用于下一個預(yù)濾器的透射值。對于除空氣濾波器156之外的n個附加濾波器執(zhí)行步驟314和316n次。這由附圖標(biāo)記317-n表示。在步驟314的每次通過結(jié)束時，然后將在指定(加速電壓、檢測器)設(shè)置下的(當(dāng)前)預(yù)濾器的透射值存儲到用于當(dāng)前預(yù)濾器的緩沖器。在迭代處理步驟314/316在(加速電壓、檢測器)設(shè)置的相同對m上重復(fù)n次之后，方法轉(zhuǎn)換回到步驟310，以獲取(加速電壓、檢測器)設(shè)置的下一對m。這由附圖標(biāo)記319-m表示。然后執(zhí)行步驟310、312和314/316，并且計算對于空氣預(yù)濾器156和下一個預(yù)濾器的透射值，并將其存儲到它們各自的緩沖器。重復(fù)步驟310、312和314/316直到m次，對應(yīng)于(加速電壓、檢測器)所選擇的m對的數(shù)量。

在步驟320中，從每個預(yù)濾器的透射值的緩沖器創(chuàng)建對于每個預(yù)濾器的透射曲線，并且從每個透射曲線計算衰減曲線。每個透射/衰減曲線與不同的預(yù)濾器(le1，le2，...，le6，he1，he2，...，he6，be1，be2，be3和air156和可能的其它濾波器)相關(guān)聯(lián)。每個預(yù)濾器的衰減曲線是其相關(guān)聯(lián)的透射曲線的負(fù)對數(shù)。然后，將每個預(yù)濾器的透射值、透射曲線和衰減曲線的緩沖器作為吸收參考數(shù)據(jù)230存儲到計算機(jī)系統(tǒng)200和/或數(shù)據(jù)庫260。

根據(jù)步驟321，然后計算機(jī)系統(tǒng)200通過將期望最大化(em)算法應(yīng)用于衰減曲線來計算x-射線源譜的估計，也稱為基線譜集354。為此目的，在一個示例中，利用具有特定吸收邊緣的蒙特卡羅模擬譜作為em算法的初始輸入，使得算法可以更快地收斂。在圖4的方法中提供了使用em算法的基線譜集354的計算的更多細(xì)節(jié)，其描述包括在下文中。

然后在樣品114的后續(xù)x-射線掃描期間，可以應(yīng)用基線譜集354以修復(fù)束硬化偽影，否則該束硬化偽影可能出現(xiàn)在從樣品114的掃描創(chuàng)建的斷層攝影重建中。一般來說，一旦獲取基線譜集354，除非更換或更新x-射線管102(或其靶103)或檢測器124，否則包括重復(fù)步驟310-321的重新校準(zhǔn)在每天或每次斷層攝影掃描中不是必需的。

注意，所選擇的加速電壓可以是以10kvp的間隔離散的，例如40kvp，50kvp，60kvp，...，160kvp。如果在實(shí)踐中需要某些指定的加速電壓，例如66kvp或115kvp，則可以通過使用基線譜354內(nèi)插計算這些加速電壓的x-射線的譜。

圖3b-1和3b-2示出了用于創(chuàng)建結(jié)合x-射線源譜監(jiān)測的樣品114的斷層攝影重建的簡化的工作流程。從通過掃描樣品114生成的x-射線圖像投影創(chuàng)建斷層攝影重建。圖3b-1的方法適用于樣品114的單次短持續(xù)時間掃描，而圖3b-2的方法適用于在較長的掃描持續(xù)時間相同樣品114的可能的多次掃描。

譜監(jiān)測方面或功能確定在樣品114的掃描期間x-射線源102的譜是否已經(jīng)充分改變，并且可以使用在圖3a的方法中創(chuàng)建的基線譜集354重新校準(zhǔn)x-射線譜。圖3b-1和圖3b-2中的附圖標(biāo)記360表示與譜監(jiān)測功能相關(guān)聯(lián)的步驟，更簡單的稱為譜監(jiān)測器360。譜監(jiān)測器360包括步驟323和324。

圖3b-1和3b-2的方法包括類似的步驟，并且大體上以類似的方式執(zhí)行。該方法通常由計算機(jī)系統(tǒng)200執(zhí)行和控制，其中任何計算密集型活動可能由圖像處理器220或其它協(xié)處理系統(tǒng)執(zhí)行。首先整體描述圖3b-1的方法，然后描述圖3b-2。

在圖3b-1中，根據(jù)步驟322，選擇指定的加速電壓、預(yù)濾器和檢測器作為樣品114的掃描的一部分。然后，在步驟323中獲取參考值。對于譜監(jiān)測器360的設(shè)置，測量某個預(yù)濾器的透射值，以確定譜是否已經(jīng)從由基線譜354指定的譜改變。在一個示例中，為了確定譜是否已經(jīng)改變，將測量的透射值與吸收數(shù)據(jù)230中所選擇的預(yù)濾器、加速電壓和檢測器的相同組合的存儲的透射值進(jìn)行比較。在另一個示例中，為了確定譜是否已經(jīng)改變，將測量的透射值與在x-射線加速電壓、預(yù)濾器和檢測器的相同組合下的基線譜354內(nèi)的透射值進(jìn)行比較。

如果在步驟324中確定x-射線源102的譜沒有改變，則在步驟350中將樣品114旋轉(zhuǎn)到束路徑中，并且然后在步驟352-1中獲取投影。

然而，一般來說，使用時，x-射線源102的譜將改變。例如，如果掃描需要幾個小時或甚至幾天，將經(jīng)常發(fā)生源靶燃燒導(dǎo)致的x-射線譜改變。因此一般來說，在較長持續(xù)時間的掃描中或不同掃描之間將需要多參考過程，以及由譜監(jiān)測器360提供的譜監(jiān)測。

如果在圖3b-1的步驟324中確定譜改變是顯著的，例如由于誤差或噪聲而與預(yù)期不同，則需要重新校準(zhǔn)x-射線源102的譜，并且該方法轉(zhuǎn)換到步驟328以開始重新校準(zhǔn)過程。在當(dāng)前系統(tǒng)和方法中，必須重復(fù)使用幻影的典型譜測量結(jié)果以重新校準(zhǔn)x-射線源102。相比之下，在x-射線ct系統(tǒng)100的優(yōu)選實(shí)施例中，一旦經(jīng)由圖3a的方法獲取基線譜集354，則采用以下譜重新校準(zhǔn)方法。

根據(jù)步驟328，該方法選擇加速電壓和檢測器的組合。然后通過旋轉(zhuǎn)濾波輪150將air(空)濾波器156定位到束104路徑中。在步驟328結(jié)束之后的各個步驟中使用加速電壓和檢測器的相同組合或通常的設(shè)置。

在步驟330中，使用通常的設(shè)置獲取air濾波器透射測量結(jié)果。然后，在步驟332中，選擇兩個或三個或可能更多的非air預(yù)濾器用于定位到束104路徑中以測量以通常的設(shè)置的它們的透射值。在一個示例中，所選擇的預(yù)濾器之一與測量高透射值相關(guān)聯(lián)，并且所選擇的預(yù)濾器之一與測量最低透射值(<5％)相關(guān)聯(lián)。

在步驟333中，從在步驟330中獲取的空氣濾波器156的測量的透射值和從在步驟332中獲取的2或3個其它預(yù)濾器的測量的透射值創(chuàng)建透射曲線。然后從透射曲線創(chuàng)建衰減曲線。

根據(jù)步驟334，然后從基線譜集354選擇空氣預(yù)濾器譜，其中所選擇的空氣濾波器譜與加速能量和檢測器的組合相同，其作為先前步驟328、330和332中的“通常的設(shè)置”。所選擇的空氣預(yù)濾器譜由附圖標(biāo)記“354-空氣”表示。

然后相對于該所選擇的空氣預(yù)濾器譜，354-空氣“擬合”衰減曲線。一般來說，為此目的可使用多項(xiàng)式擬合方法。

在步驟336中，該方法通過使用em算法從擬合的衰減曲線估計跨加速電壓和檢測器的所有組合的空氣預(yù)濾器的校正譜。em算法根據(jù)在來自步驟334的擬合的衰減曲線內(nèi)的以“通常的設(shè)置”的空氣預(yù)濾器譜，創(chuàng)建空氣預(yù)濾器156的估計的校正譜。對于空氣預(yù)濾器的估計的校正譜的創(chuàng)建的更多信息包括在下面的圖4的描述中。

根據(jù)步驟340，該方法然后基于步驟336中創(chuàng)建的空氣預(yù)濾器的估計的校正譜，跨(加速電壓、預(yù)濾器、檢測器)的所有組合計算新的基線譜集354’。新的基線譜集354’校正/考慮在步驟324中檢測的x-射線源102的能譜的改變。

在完成步驟340時，該方法轉(zhuǎn)換到步驟350。

在步驟350中，樣品114旋轉(zhuǎn)或移回到束104路徑中，并且獲取投影，直到在步驟352-1中的斷層攝影掃描的結(jié)束或已經(jīng)獲取預(yù)定數(shù)量的投影。

圖3b-2示出了在樣品114的長掃描中間如何重新獲取參考值。如圖3b-1的方法中，步驟322以(能量、預(yù)濾器、檢測器)設(shè)置的所選擇的元組執(zhí)行樣品114的掃描，并且應(yīng)用譜監(jiān)測器360的步驟323、324以確定x-射線源102的能譜是否已經(jīng)改變。如果譜已經(jīng)改變，該方法轉(zhuǎn)換到步驟328以重新校準(zhǔn)x-射線源102。否則，該方法轉(zhuǎn)換到步驟350并且將樣品114旋轉(zhuǎn)或移到束104路徑中，并且該方法轉(zhuǎn)換到步驟352-2以獲取樣品114的x-射線投影。

然而，與圖3b-1的方法中的步驟351-1不同，由于較長的掃描持續(xù)時間，步驟352-2獲取更多的樣品114的x-射線圖像投影。例如，在投影數(shù)量(預(yù)定數(shù)量)或預(yù)定掃描時間的閾值之后，樣品144旋轉(zhuǎn)或移出束路徑，并且該方法轉(zhuǎn)換回到步驟323以重新應(yīng)用譜監(jiān)測器360。在步驟323中，獲取新的參考值并且測量某個預(yù)濾器的透射值。這里再次基于測量的透射值與將從基線譜集354預(yù)測的透射值進(jìn)行比較，在步驟324中確定x-射線源譜是否已經(jīng)改變。

如果x-射線源譜沒有改變，在步驟350中樣品在束路徑中再次旋轉(zhuǎn)或偏移，以在步驟352-2中繼續(xù)收集預(yù)定數(shù)量的x-射線圖像投影。

圖4示出了用于計算圖3a的步驟321中的基線譜354的所選擇的加速電壓、預(yù)濾器和檢測器的組合的譜，用于計算步驟336中的空氣預(yù)濾器的估計的校正譜和用于計算在上述圖3b-1和圖3b-2的步驟340中的新的基線譜354’的方法。

該方法可以諸如由計算機(jī)系統(tǒng)200以及可能由圖像處理器220實(shí)現(xiàn)，作為軟件程序以生成具有減少的偽影的斷層攝影重建。在步驟340中，該計算將產(chǎn)生新的基線譜集354’，其將替換在圖3a的方法中計算的原始基線譜354。然后，例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，新的基線譜354’可以通過圖像處理器220用于樣品114的斷層攝影重建，其可以消除或顯著減少由于束硬化引起的斷層攝影重建中的偽影。

在步驟410中，獲取air透射曲線測量結(jié)果?，F(xiàn)在，假設(shè)所選擇的加速電壓+air+檢測器的組合的譜(即air譜)是s0(e)，其中e表示能量。其結(jié)果是，在步驟412中，可以通過em算法基于由在步驟414中的幾個預(yù)濾器測量的衰減曲線估計該空氣譜s0(e)。

例如，濾波輪中有n個預(yù)濾器。它們由不同的材料(或一些由相同的材料但具有不同的厚度制成)制成。它們的線性衰減系數(shù)分別為μi(e)，i＝1,2,3，...，n，并且它們的厚度分別為ti，i1,2,3，...，n。

假設(shè)入射x-射線的強(qiáng)度(即，每單位時間的光子計數(shù))是i0，其可以通過使用濾波輪中的空(空氣)點(diǎn)測量。通過旋轉(zhuǎn)濾波輪，穿過某個濾波輪的下游x-射線的強(qiáng)度為i1，i＝1,2,3，…，n，，然后測量所選擇的加速電壓+air+檢測器的組合的衰減曲線：

(i0/i0，i1/i0，i2/i0，…，ii/i0，…，in/i0)

s0(e)可以根據(jù)上述衰減曲線估計。

對于每個預(yù)濾器，提供s0(e)、i0、ii、ti和μi(e)之間的關(guān)系：

可以使用s0(e)來計算所選擇的加速電壓+預(yù)濾器+檢測器(即預(yù)濾器譜)的所有組合的衰減曲線。

注意譜改變監(jiān)測和重新校準(zhǔn)的工作流程也可用于x-射線ct系統(tǒng)診斷。例如，如果譜監(jiān)測器360確定x-射線源102的x-射線譜已經(jīng)改變，這可以表示x-射線管和/或檢測器沒有有效地操作或具有問題。然后可以使用根據(jù)圖4的方法創(chuàng)建的新的基線譜集354’以診斷x-射線ct系統(tǒng)100。

有兩種不同的方式以獲取如圖4所示的預(yù)濾器譜，由標(biāo)記為“間接方式”和“直接方式”的路徑表示。

1)下面首先描述間接方式(更準(zhǔn)確)。

根據(jù)步驟416，獲取預(yù)濾器透射曲線計算。為此目的，以第k個預(yù)濾器為例：假設(shè)原始濾波輪中的第k個預(yù)濾器總是在束路徑中，并且包括或可能由相同的預(yù)濾器集組成的另一個“虛擬”濾波輪作為譜測量工具，然后穿過原始濾波輪中第k個預(yù)濾器和“虛擬”濾波輪中的某個預(yù)濾器(由j表示)的下游x-射線的強(qiáng)度是：

ikj,j＝0,1,2,3,…,n，即，

當(dāng)j＝0時，其意味著“虛擬”濾波輪中的空(空氣)點(diǎn)在束路徑中并且μ0(e)＝0且t0＝0，然后ik,j＝0意味著原始濾波輪中第k個預(yù)濾器的參考強(qiáng)度。

如果(2)除以(1)，即，

然后，

根據(jù)(3)，我們獲取與所選擇的加速電壓+第k個預(yù)濾器+檢測器的組合相關(guān)的衰減曲線：

(ik,j＝0/ik,j＝0,ik,j＝1/ik,j＝0,ik,j＝2/ik,j＝0,…,ik,j/ik,j＝0,…,ik,j＝n/ik,j＝0)

結(jié)果，在步驟418中，根據(jù)上述衰減曲線經(jīng)由em算法可以估計所選擇的加速電壓+第k個預(yù)濾器+檢測器的組合的譜。

2)現(xiàn)在在下文中描述直接方式(近似的)。

步驟420描述了預(yù)濾器譜計算sk(e)的計算。sk(e)可以通過預(yù)濾器衰減的sk(e)直接計算如下：

直接方式提供具有短得多的計算時間的近似(例如校正的譜354’)。

圖5示出了衰減值的三個不同衰減曲線的圖，其中測量值作為air(即，空氣預(yù)濾器)測量的、he1預(yù)濾器測量的和he1預(yù)濾器計算的濾波器指數(shù)的函數(shù)。

x-射線源102使用的加速電壓是70kvp。在濾波輪150中有16個濾波器。還通過另一濾波器集(例如用于he1測量曲線)測量70kvp和he1預(yù)濾器的組合的衰減曲線。

從70kvp和air(air測量曲線)的組合的衰減曲線計算70kvp和he1(例如，he1計算曲線)的組合的衰減曲線。顯然，計算結(jié)果與測量結(jié)果非常一致。

圖6是作為能量(kvp)的函數(shù)的不同估計的校正x-射線源譜601和602的圖。估計的校正x-射線源譜601/602包括在部分地使用圖5中示出的衰減曲線創(chuàng)建的新的基線譜集354’中。每個估計的校正x-射線源譜601/602繪制以不同能量/加速電壓處以kvp為單位的x-射線光子的歸一化計數(shù)。

估計的校正譜601基于70kvp和空氣預(yù)濾器的組合的衰減值，并且其基于圖5的“air測量的”衰減曲線估計。以類似的方式，基于圖5中的“he1計算曲線”估計70kvp和he1預(yù)濾器602的組合的估計的校正譜。

圖7示出了從其創(chuàng)建基線譜354的衰減曲線的示例。假設(shè)通過使用具有不同厚度的材料#2濾波器來測量以10kvp的間隔離散的加速電壓，諸如70kvp，80kvp，...，150kvp的一些衰減曲線。得到的數(shù)據(jù)在作為以厘米為單位的濾波器厚度的函數(shù)的衰減的左側(cè)圖中示出。然后，對于更精細(xì)的離散的加速電壓，諸如75kvp，89kvp，...，114kvp等，可以平滑地內(nèi)插衰減曲線的圖。這由作為加速電壓和濾波器厚度的函數(shù)的衰減的右側(cè)圖示出。

從x-射線源102發(fā)射的x-射線的譜可以隨著獲取的x-射線圖像投影而隨時間改變。例如，x-射線源靶燃燒將改變譜。

圖8示出了對于x-射線源102的衰減曲線的不同圖，其中從x-射線源102發(fā)射的x-射線的束的譜確定為隨著時間已經(jīng)改變。衰減曲線包括“先前全測量結(jié)果”衰減曲線、“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線和擬合的衰減曲線。盡管衰減曲線在所有x-射線能量/加速電壓上創(chuàng)建，但是僅示出了所選擇的加速電壓(這里為60kvp)的衰減曲線。

在x-射線ct系統(tǒng)102的初始啟動期間，使用跨所有預(yù)濾器設(shè)置，加速電壓和檢測器組合獲取的透射測量結(jié)果，例如經(jīng)由圖3a的方法，創(chuàng)建“先前全測量結(jié)果”衰減曲線。然后從“先前全測量結(jié)果”衰減曲線創(chuàng)建先前的基線譜354。

在確定x-射線源譜已經(jīng)改變時，還使用跨所有預(yù)濾器設(shè)置、加速電壓和檢測器組合獲取的透射測量結(jié)果創(chuàng)建“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線，并且從“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線創(chuàng)建當(dāng)前的基線譜354。

重要的是注意，“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線和相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的基線譜354的創(chuàng)建不是必需的，并且這里僅為了參考和比較的目的而創(chuàng)建。具體地，當(dāng)前的系統(tǒng)和方法通常必須執(zhí)行該步驟以校正x-射線源102的x-射線源譜的改變。相反，根據(jù)圖3b-1/3b-2的方法，操作者可以基于以通常的加速電壓和檢測器組合的少至2或3個預(yù)濾器獲取的透射測量結(jié)果，估計跨所有預(yù)濾器設(shè)置，加速電壓和檢測器124組合的改變的x-射線譜的校正。

假設(shè)從先前的基線譜354提取60kvp+air+檢測器組合的衰減曲線。它在圖中被命名為“先前全測量結(jié)果”。在幾天之后，從x-射線ct系統(tǒng)100的x-射線源102發(fā)射的束的譜確定已經(jīng)改變。

然而，在圖3b-1/3b-2的步驟332中僅需要2個，例如預(yù)濾器(le1和he5)的透射測量結(jié)果，以便估計跨預(yù)濾器設(shè)置、加速電壓和檢測器124的所有組合的x-射線束103中的x-射線的改變的譜的校正。根據(jù)先前的衰減曲線和兩個預(yù)濾器測量值擬合60kvp+air+檢測器的估計的衰減曲線，如圖中曲線“具有2-濾波器測量結(jié)果的擬合曲線”所示。

重要的是注意“擬合曲線”衰減曲線圖對應(yīng)于“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線圖是多么接近。擬合的曲線衰減圖與對于相同所選擇的加速電壓的“當(dāng)前全測量結(jié)果”衰減曲線幾乎完全重疊。

盡管已經(jīng)參照的優(yōu)選實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離所附權(quán)利要求所涵蓋的的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。