[发明专利]计算机断层摄影X-射线显微镜系统中谱表征的方法和系统

说明书

一种用于断层重建、束硬化校正、双能量CT和系统诊断等等的谱测量和估计方法，包括确定源加速电压、预滤器和/或检测器的组合的谱，并且在测量多个预滤器的透射值以后计算所述源加速电压、预滤器和/或检测器组合的校正谱。

背景技术

X-射线计算机断层摄影(CT)是一种用于检查和分析样品的内部结构的非破坏性技术。一般来说，当X-射线穿过样品时，X-射线被样品吸收或散射。没有被吸收或散射离开的X-射线透射通过样品，并且然后被检测器系统检测。在检测器系统形成的图像被称为X-射线投影。经由标准的CT重建算法，比如滤过反向投影算法(FBP)，从这一系列的不同角度的投影得出层析成像体积数据集。

某些X-射线CT系统使用多色X-射线源来生成所述X-射线投影。多色X-射线源包括X-射线管(实验室光源)、白色同步加速器束或基于加速器的光源。总体而言，从这些光源发射的多色X-射线束包括具有许多不同能量的X-射线。这些X-射线的根据能量的分布规律一般叫做该射束的谱。多色X-射线束与只包括一种能量或很窄的能量范围的X-射线的单色射束是不一样的。

白色同步加速器束即为一种多色X-射线源。随着电子通过所述同步加速器加速，所述电子以很窄的与环相切的角度释放出强烈的“白色”的多色辐射。该射束包括从柔和的紫外线到强烈的X-射线的辐射。可以通过应用滤波器，比如传递/反射选定能量的辐射的晶体单色器和/或X-射线镜，就可以从所述白色多色射束中创建单色X-射线源。

实验室光源，比如X-射线管也可以产生多色X-射线，一般使用固定或旋转阳极。在真空管中，灯丝(比如钨丝)作为阴极而金属靶作为阳极。在所述阴极上施加高电压(加速)，在所述阴极和阳极间创建高电势。这使得电子在真空中从阴极向阳极流动并加速。电子与所述阳极材料碰撞并加速所述阳极材料中的其他电子、离子以及核子。这一过程生成X-射线。X-射线管产生的X-射线的谱是依据所述阳极靶材料和所述加速电压的结果。所述谱的特征在于连续地制动辐射谱(“刹车辐射”)X-射线，以及因为阳极材料芯电子去激发和离子化产生的特定频率的次级X-射线辐射，也叫X-射线荧光(XRF)。所述次级X-射线辐射或X-射线线为阳极材料中所用的金属所特有。所述制动辐射是主要的X-射线，可以用作多色X-射线源，而X-射线滤波器和/或X-射线镜可以应用在所述特征X-射线辐射和/或所述制动辐射以产生单色X-射线，如实施例所述。

X-射线源发射的X-射线谱在使用所述X-射线源的期间会随着时间改变。例如，在X-射线管中，由于所述电子撞击所述阳极靶材料，靶材料的某些部分会烧蚀或剥落。这造成靶子随着时间的过去发生质量损失(例如变得单薄)。这一现象也叫做“光源靶烧毁”。随着所述靶子变得单薄，所述靶子传递的低X-射线能量的X-射线越来越多，由此造成所述X-射线的X-射线谱随着时间过去发生改变。

在X-射线CT系统中使用多色X-射线束是有优势的。使用多色X-射线光的主要优势在于，对于给定的光源，多色X-射线束一般比单色X-射线更强。这是因为避免了有损耗的能量滤波器。

但是使用多色X-射线束也有劣势。与单色光不同，多色X-射线的所述X-射线吸收通常与样品材料的厚度不成比例。这是因为当射束穿过样品的时候，所述多色X-射线束的较低X-射线能量相对较低X-射线能量被样品吸收更多。因此，在使用多色X-射线束生成X-射线投影的时候，使用一种叫做束硬化(BH)的处理。束硬化与X-射线谱中随着X-射线穿过样品朝着更高的X-射线能量的改变有关。

在从多色X-射线到断层摄影重建的期间，束硬化常常产生伪影。束硬化生成的典型伪影包括杯突伪影以及条纹伪影。一般而言，样品中具有较高原子序数(Z)的元素，比如金属，在断层摄影重建影像中比原子序数低的元素会产生更多的BH伪影。

为了减少或防止多色X-射线束创建的断层摄影重建中的伪影，对系统的X-射线源发射的X-射线的精确能量谱有先验知识，以及对不同X-射线能量上的检测系统的一个或多个检测器的灵敏度有先验知识是非常重要的。因此，在使用多色X-射线源的X-射线CT系统创建的样品的断层摄影重建的伪影减少中，X-射线源谱测量或估计通常是关键问题。