專利名稱：在放射檢查方法中確定密度分布和原子序數分布的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于獲得關于人體或動物檢查對象中的物理和化學重要數據的分布的圖像數據的方法、X射線設備以及計算機軟件產品。本發(fā)明尤其涉及將放射圖像數據分離為檢查對象中的物質密度分布和原子序數分布。
背景技術：
所有放射學方法，例如計算機斷層造影、乳房造影、血管造影、X射線檢查技術或類似的方法的結果都是顯示X射線沿著其從X射線源至X射線探測器路徑上的衰減。這種衰減是由在射線路徑上被透射的介質或物質引起的。這種衰減一般定義為被衰減的強度與原射線強度比值的對數，并在標準路經(Wegnormal)之下稱為物質的衰減系數。
很多放射檢查設備在顯示檢查物體中X射線的衰減分布時，采用以水的衰減系數標準化的值-CT數，而不是衰減系數。該CT數由通過當前測量獲得的衰減系數μ和參考衰減系數μH2O根據以下方程計算出來C=1000×μ-μH2OμH2O[HU]---(1)]]>其中，CT數C是以豪恩斯弗爾德[HU]為單位的。對于水給出了值CH2O=0]]>HU，對于空氣給出了值CL＝-1000HU。
由于兩種顯示可以相互轉化或等效，因此通常選擇的概念——衰減值在下面既指衰減系數μ又指CT值。此外，在本發(fā)明的描述中，物質和組織兩個概念可以交換使用。在此假設，在醫(yī)學顯示檢查中的物質可以是解剖組織，反過來在材料和安全檢查中的組織可以理解為檢查對象的任意物質。
衰減值的增加可以歸因于物質的增加的原子序數，例如骨骼中的鈣或造影劑中的碘，也可以歸因于增加的軟組織密度，例如對于肺結節(jié)(Lungenknoten)。在位置 的本地衰減系數μ根據以下方程依賴于射入組織或物質中的X射線能量E以及本地的組織或物質密度ρ計算
μ=μ(E,r→)=(μρ)(E)×ρ(r→)---(2)]]>其中， 為與能量和物質有關的質量衰減系數。
因此，如由物質的有效原子序數確定的其與能量有關的X射線吸收那樣，物質的X射線吸收與受物質密度影響的X射線吸收相疊加。由此，不同化學或物理成分的物質或組織在X射線圖像中具有相同的衰減值。與此相反，不能反過來由X射線照相的衰減值推測檢查對象的物質成分。
由此對利用放射檢查方法產生的X射線圖像中實際上不直觀的衰減值分布的正確解釋在醫(yī)療部門多數只能根據形態(tài)學準則進行，并大多需要放射科醫(yī)生在其領域內具有數十年的經驗。盡管如此，在一些情況下也不能對X射線檢查成像中出現(xiàn)的衰減值增加的結構進行清楚的分類。例如，一幅胸腔概貌圖上的靠近門腺的鈣化很難與一個與圖像平面正交的血管區(qū)別開來。彌漫的鈣淀積也幾乎不能與新出現(xiàn)的滲血區(qū)分開來。
在材料和安全檢查中，檢查員也要通過其個人專業(yè)知識和職業(yè)經驗補充顯示衰減值分布的信息。盡管如此，他也不能例如可靠地從X射線圖像中直接將塑料包裹的炸藥混合物與非爆炸性塑料區(qū)分開來。
為此需要顯示物質特性值的方法。W.Kalender等人在“MaterialselektiveBildgebung und Dichtemessung mit der Zwei-Spektren-Methode，I.Grundlagenund Methodik，W.Kalender，W.Bautz，D.Felsenberg，C.Süβ和E.Klotz，數字圖像診斷第7期，Georg Thieme出版社1987年出版，66-77”中公開了一種用于在X射線拍攝時進行基本物質分解的方法。該方法根據以下效應，即較高原子序數的物質和組織比較低原子序數的物質或組織更能吸收低能量的X射線。相反，對于較高的X射線能量則對衰減值進行補償，且衰減值主要是物質密度的函數。
在本說明書中，原子序數這個概念不是別的，不是用于嚴格的涉及元素的意義，而是指組織或各種物質的有效原子序數，該原子序數是根據構成該組織或物質的任意元素的化學原子序數和原子量計算出來的。
在W.Kalender等人建議的方法中，采用較低和較高能量的X射線測量檢查對象的X射線衰減值，并將所獲得的值與兩種基本物質，例如(骨骼中的)鈣和(軟組織中的)水的對應參考值進行比較。假設每個測量值都表示為兩種基本物質的測量值的線性疊加。例如，對于檢查對象以圖像顯示的每個元素，根據與基本物質值的比較計算骨骼部分和軟組織部分，從而使原始照片轉化為兩種基本物質——骨骼和軟組織的顯示。
由此，基本物質分解或兩光譜方法適用于將原子序數非常不同的人體和動物組織的解剖結構分離或區(qū)分開來。因此在材料和安全檢查中，例如可以根據預定義的物質種類、即所謂的物質類別進行區(qū)分。功能性顯示、即對檢查物質的物理和化學特性或該特性在一類物質中的變化的識別，并不是基本物質分解的目標。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于建議一種方法、一種X射線設備和一種計算機軟件產品，根據檢查對象在放射學中產生的吸收數據生成有關該檢查對象的重要的化學和物理信息。
該技術問題是通過一種用于確定檢查對象內密度分布和原子序數分布的方法解決的，其步驟為繪制檢查對象的X射線吸收值在第一X射線頻譜中的第一分布，繪制檢查對象的X射線吸收值在第二X射線頻譜中的至少第二分布，確定X射線吸收值第一分布的第一X射線吸收值與密度和原子序數的第一函數關系，確定X射線吸收值第二分布的對應第一X射線吸收值的第二X射線吸收值與密度和原子序數的第二函數關系，并根據第一函數關系和第二函數關系和/或其它函數關系的比較獲得密度和原子序數值。
在本文中應用的概念“X射線頻譜”具有比由設備的X射線源發(fā)射的X射線光束的頻譜分布更廣泛的含義。在X射線探測器方面以不同的效率轉換光束的不同頻譜成分并由此進行不同的加權。由此產生的有效頻譜分布在本文中稱為X射線頻譜。
此外，上述技術問題還通過一種用于獲得檢查對象內密度分布和原子序數分布的X射線設備解決的，該設備包括用于發(fā)射X射線光束的X射線源，X射線探測器，用于檢測由X射線源發(fā)射的X射線光束并將該X射線光束轉換為電信號用于進一步處理，以及信號處理裝置，用于處理X射線探測器的電信號，其中所述信號處理裝置按照本發(fā)明的方法，根據至少兩個在X射線設備上以不同X射線頻譜顯示的檢查對象X射線吸收的分布獲得檢查對象內的密度分布和原子序數分布。
此外，上述技術問題還通過一種計算機軟件產品解決的，該軟件用于按照本發(fā)明的方法，根據至少兩個在不同X射線頻譜中顯示的檢查對象內X射線吸收值的分布獲得檢查對象內的密度分布和原子序數分布。
本發(fā)明可以根據對X射線設備的受頻譜影響的測量值求解來計算平均密度 和有效原子序數 的部分。為此獲得新的、尤其涉及檢查對象化學和物理成份的對比類型。目前磁共振系統(tǒng)保留的該檢查對象功能顯示為X射線診斷以及X射線檢測技術提供了多種新的應用。
例如，顯示組織內原子序數的分布允許查看檢查對象的生化成分、根據當前密度均勻的顯示器官中的化學組成進行對比、確定身體組成成分(例如碘或類似物)的數量，并根據原子序數進行鈣化分段等。單獨的對象密度顯示可以進行精確的重心確定和對象的密度測量，如在骨質疏松癥等中進行的那樣。
在安全技術領域中，這意味著對危險成分，尤其是爆炸物質的可靠檢測。在物質檢驗中，可以對物質成份進行數量檢查，并獲得被檢物的密度分布。
本發(fā)明的其它優(yōu)選實施方式在從屬權利要求中定義。
優(yōu)選的，借助校準試樣(Eichprobe)中的參考測量和/或在物理模型的基礎上以模擬的形式，針對至少一個X射線頻譜確定X射線吸收值與密度和原子序數的函數關系，從而獲得設備特定的、X射線吸收值與密度和原子序數的相關性。
優(yōu)選的，根據獲得的一對密度和原子序數值，對于X射線吸收值的第一分布和X射線吸收值的其它分布的每個對應X射線吸收值都這樣將X射線吸收值的分布轉換為密度分布和原子序數分布，即對于第一X射線頻譜和至少另一個X射線頻譜，所述值對滿足X射線吸收與所確定的密度和原子序數函數關系。由此可以將用于一個圖像元素的密度和原子序數簡單的計算為X射線吸收值繪制的分布的相互對應X射線吸收值的函數關系的交集。
優(yōu)選的，第一X射線頻譜具有量子能量，其相對于第二X射線頻譜的量子能量通過光電效應促進X射線吸收，從而在原子序數確定時獲得了很高的分辨率。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，為了改變用于繪制檢查對象的X射線頻譜而更改X射線管的至少一個運行參數，其中X射線源在第一運行狀態(tài)中發(fā)射第一X射線頻譜而在第二運行狀態(tài)中發(fā)射與其不同的第二X射線頻譜，從而實現(xiàn)了在兩個X射線頻譜間更快的切換。
此外，為了改變用于繪制檢查對象的X射線頻譜，優(yōu)選更改探測器特性，其中所述X射線探測器將X射線源接收的X射線光束的頻譜部分轉換為互不相關的電信號，并由此可以同時繪制不同X射線頻譜的X射線吸收分布。
此外，優(yōu)選以更高的X射線劑量繪制所述檢查對象的至少一個部分區(qū)域，由此對于該部分區(qū)域獲得了滿意的密度分布和/或原子序數分布分辨率，而無需對整個檢查區(qū)域設置更高的X射線劑量以及例如對患者施加過大的放射負擔。
為了繪制檢查對象X射線吸收的第一分布，可以根據一種優(yōu)選的改進將一種物質放置到X射線光束的照射路徑中，而為了繪制檢查對象X射線吸收的第二分布不將該物質放置到X射線光束的照射路徑中。由此可以在繪制第一衰減值分布時在檢查對象之前或之后濾出各使用物質特定的X射線光束的頻譜部分，從而達到在檢測檢查對象內對應該物質的物質時具有很高的靈敏度。


下面借助實施例詳細說明本發(fā)明，其中采用以下附圖，圖1借助相同吸收譜線(Isoabsorptionslinien)示出不同成分物質相同衰減值μ的形成，圖2示出三種元素的X射線衰減與能量的關系，圖3a示出用于確定相同吸收譜線的、根據本發(fā)明的計算方法的功能圖，圖3b示出將X射線吸收值變換為物質密度和原子序數值的流程框圖，圖4示出一個組織類型在兩種不同的X射線頻譜下的兩條相同吸收譜線，圖5示意性地示出三種典型的X射線放射技術，圖6示意性地示出用于改變X射線頻譜的不同方法。
具體實施例方式
圖1中圖標10的相同吸收譜線11將所有值對(ρ，Z)與在定義的X射線頻譜中相同的衰減值μ或C聯(lián)系起來。圖1的顯示清楚地表明，不能僅根據X射線圖像的衰減值推導出有關組織或物質的種類和成分的信息。一般，放射醫(yī)生利用其解剖知識來識別X射線圖像中的組織種類，并在此基礎上尋找例外。為了澄清這種例外的特征，醫(yī)生又被迫利用經驗值和形態(tài)學準則。類似地，物質與安全檢查的專業(yè)人員根據其職業(yè)經驗估計判斷該放射學發(fā)現(xiàn)。
X射線光束由不同的物質、并根據X射線光束的能量進行不同強度的衰減。圖2借助水23、鈣22和碘21的質量衰減系數與能量的相關性20說明了這一點。這是由于不同物質中作用不同的衰減機制所導致的。在X射線對診斷重要的能量區(qū)域，X射線衰減主要在于由光電效應引起的吸收以及基于康普頓效應(Comptoneffekt)的散射。這種吸收特別在X射線光束的能量較低和組織具有高原子序數的情況下很重要。散射與X射線的能量關系不大，主要取決于通過組織的物理密度傳播的電子的密度。
在本說明書中，將簡稱為原子序數的、一定組織種類的有效原子序數Z根據參與構造的元素的原子序數Zi、其原子量Ai以及其本地物質等效密度ρi例如根據下式計算出來Z={ΣiρiAiρiZi4ΣiρiAiρi}1/3---(3)]]>對于純鈣ZCa=20,]]>對于鈣氫化合物約為ZCaH2≅16.04,]]>而對于水約為ZH2o≅7.428.]]>因此通過原子序數Z可以很好地獲得對象的化學或生化成分。
計算檢查區(qū)域內原子序數和密度分布的前提是該區(qū)域至少有兩幅拍攝幾何形狀相同、而利用具有不同能量的X射線光束產生的X射線照片。如果使用多于兩幅利用不同X射線照射能量記錄的X射線照片，則可以改善Z和ρ分辨率，當然由此也會增加射線負載。因此在檢查患者時并不總是具有這種可能性。
將基于衰減值的圖像數據轉換為原子序數以及物質或組織密度的分布圖像的出發(fā)點在于對X射線設備每個X射線頻譜的相同吸收譜線的認識。如已提到的，在此X射線頻譜不是被理解為由設備的X射線源發(fā)射的X射線束的頻譜分布的狹義概念，而是被理解為考慮了在X射線探測器方面對發(fā)射頻譜的不同頻譜區(qū)域進行不同加權的廣義概念。因此，根據由X射線管發(fā)射的射線頻譜的直接衰減和所采用的X射線探測器的頻譜效率得出測量的衰減值。上述兩個值都是特定于設備的值，必須直接或間接借助校準試樣的衰減值獲得。它們是用于計算相同吸收譜線的基礎。
在圖3a中示意的示出了三種用于模式化或計算一簇相同吸收譜線的方法300，即理論模型、實驗確定以及利用實驗確定的參數校準曲線的理論模型。
原理上，需要確定與為了覆蓋X射線照片中的X射線衰減間隔所需的衰減值一樣多的相同吸收譜線。在此，不是對每個理論上出現(xiàn)的衰減值計算一條相同吸收譜線；未計算的相同吸收譜線可在需要時通過插值或其它合適的中值法求出。
圖3a流程圖的左側表示理論模型的基本步驟。在步驟s302，首先讀入設備特定的、以可用X射線管電壓作為參數的X射線發(fā)射頻譜S(E)的數據。為此，在準備階段針對每個X射線設備實驗性地測量出X射線的頻譜分布，或者采用特殊X射線源類型的特征數據。在步驟s303計算探測器裝置函數w(E)。為此，也在準備階段精確地測量探測器設置，或采用表征探測器類型的特性數據，例如其頻譜技術規(guī)格。在步驟s304，根據物理模型計算曲線簇Ci(ρ，Z)或μi(ρ，Z)形式的相同吸收譜線，所述模型針對S(E)和w(E)的每個重要組合模擬具有不同原子序數、并在物質密度不同時的物質的X射線衰減Ci或μi。
對步驟s302至s304的理論模型的另一種選擇是實驗地獲得相同吸收譜線的曲線簇。為此，在步驟s305，在X射線設備中對S(E)和w(E)的不同重要組合測量具有不同密度和平均原子序數的校準物質的X射線衰減。在步驟s306，該測量值構成了下面計算相同吸收譜線Ci或μi的曲線簇的基礎。
作為另一種選擇，可以利用實驗獲得的X射線衰減值校準基于理論模型的曲線簇Ci或μi。在步驟s307，如在步驟s305所述，在X射線設備中利用合適的校準物質或仿真來測量校準理論曲線簇所需的衰減值。與步驟s302至s304的純理論模型相區(qū)別的是，在本方法中X射線發(fā)射頻譜S(E)和w(E)的準確認識不是前提，而是在步驟s308中相同吸收譜線Ci或μi的相同吸收譜線曲線簇理論模型的參數。最后，在步驟s309中，利用步驟s307實驗獲得的校準值，校準曲線定義了這些特定于X射線設備的X射線發(fā)射頻譜和探測器裝置函數的參數值。
通過針對所需X射線衰減值和S(E)和w(E)組合確定相同吸收譜線，實現(xiàn)了將代表X射線穿過組織后的衰減值的圖像數據變換為代表相應組織內原子序數或物質密度分布的圖像數據。
根據提出的任務也可以混合地將這三種方法用于確定相同吸收譜線。例如，可以借助理論模型補充實驗獲得的不精確或以較大花費獲得或根本就沒有獲得的值，或者精密化其準確度。然后在步驟s310將利用不同方法獲得的數據組合為一個統(tǒng)一的數據組，并在步驟s311用于圖像變換。
在圖3b中示出了根據本發(fā)明的變換方法320。它基于根據前面所述方法300獲得的、并在步驟s321提供為數據組的相同吸收譜線的曲線簇。
以圖像元素為單位進行變換。下面說明基于兩幅在X射線能量頻譜不同但拍攝幾何形狀相同的情況下拍攝的X射線圖像的X射線衰減值分布轉換。這是進行根據本發(fā)明的變換的最小前提。但是也可以在多于兩種不同能量分布的情況下采用多于兩幅的X射線照片。
在步驟s322選擇待變換的圖像元素，在接著的步驟s323從第一幅X射線圖像中讀取該圖像元素的衰減值C1或μ1，從第二幅X射線圖像中讀取C2或μ2。接著在步驟s324，調用用于第一X射線照片的X射線頻譜S1(E)和探測器裝置函數w1(E)以及用于第二X射線圖像的相應值S2(E)和w2(E)。這些值構成了用于隨后選擇對應于各衰減值的相同吸收譜線的參數。在此，也可以間接地，例如通過調用所采用的X射線管電壓U1或U2或X射線探測器的運行參數來獲得頻譜分布Si(E)和wi(E)。
在步驟s325，根據在步驟s321提供的相同吸收譜線的數據組選擇在參數S1(E)和w1(E)下滿足條件C1或μ1的第一曲線，以及在參數S2(E)和w2(E)下滿足條件C2或μ2的第二曲線。這樣獲得的第一相同吸收譜線11和第二相同吸收譜線41的例子在圖4的圖表40中示出。
交點42作為兩條曲線11和41的交集將在變換方法320的步驟s326中計算。曲線段42可以例如通過本地線性變換或借助迭代的交點查找獲得。由于兩條曲線11和41代表同一個圖像元素的、并因此代表不同組織相同部分的兩個不同的衰減值，因此兩個衰減值一定都是由同一種物質或組織類型引起的。因此，曲線交點42的坐標(ρ，Z)給出了與圖像元素對應的組織部分的物質密度和原子序數。
最后在步驟s327，將這樣獲得的原子序數值Z作為相應的圖像元素值在原子序數分布中描述，在步驟s328類似地將獲得的物質密度值ρ在密度分布中描述。對所有其余的圖像點重復步驟s322至s328，直到在步驟s329中可以最終給出一幅圖像。在此可以跳過步驟s324，因為頻譜分布Si(E)和wi(E)對一幅圖像的所有圖像元素都相同。
確定密度ρ和原子序數Z的精確度主要受衰減值的噪聲成分和測量的頻譜分辨率影響。噪聲成分可以例如通過所采用的放射劑量影響。頻譜分辨率是用于測量的X射線頻譜的間隔和寬度的函數。
一般在X射線頻譜的能量相對較低時優(yōu)選通過光電效應獲得X射線衰減，而在X射線頻譜的能量相對較高時優(yōu)選通過康普頓效應獲得X射線衰減。確切地說，原子序數對一幅照片的X射線衰減值的影響在X射線能量較小時比在X射線能量較高時更大。而物質或組織密度對X射線衰減值的影響正好相反。因此，優(yōu)選首先這樣選擇第一X射線頻譜，即該第一X射線衰減值的清晰部分來源于被檢查組織或物質的原子序數的影響，然后這樣選擇第二X射線頻譜，即檢查對象的密度對第二X射線衰減值產生明顯的影響。
因此，對于計算機斷層造影(CT)優(yōu)選X射線頻譜的量子能量在50kev和120kev之間的范圍內，從而可以在第一和第二X射線頻譜之間選擇足夠的能量間隔，而無需提高對患者有害的放射劑量。在乳房造影和微型CT中甚至可以將能量范圍下限設置為10kev或1kev。
材料和安全檢查采用比在檢查人體時更高的放射劑量。利用該更高的放射劑量一般能獲得明顯改善的信噪比。此外，還可以采用高達1Mev的明顯更高的X射線照射能量。由此，即使原子序數在確定X射線照射能量時僅對X射線吸收起到很小一部分作用，其值還是可以非常精確地確定，只要在采用的放射劑量中X射線吸收值的噪聲部分明顯小于在相應X射線吸收值中的相對原子序數部分。因此，不是完全取決于所采用的X射線頻譜的絕對能量水平，而是取決于其相對的不同能量水平。絕對水平的選擇將受到可采用的放射劑量和被檢測物質的影響。
用于滿意地查看物質的化學成分以及組織的生化成分的足夠的原子序數對比度由放射劑量和采用的X射線頻譜來設置。在顯示原子序數分布時所需的分辨率取決于診斷要求。對于典型身體組成成分，如碘、鎂、碳、氮、氧、鈉、磷、硫、氯、鈣、錳、鐵、鈷、銅、鋅、硒、鉬等的定量測量需要不同于為獲得基于例如肝中鐵含量的化學對比而采用的Z分辨率。對于從原子序數極度不同的環(huán)境中分割出對象來說，對Z分辨率的要求相對較小。原理上，Z分辨率必須好于待區(qū)分的原子序數之間的差別。當前Z分辨率最高可以達到0.1。
密度分布可以根據公式m(r→)=ρ(r→)×Δv(r→)---(4)]]>求出，用于測量對象的重量分布，并用于確定重心。應用例如是測量骨骼或大腦的密度，也可以用于確定檢測物體的實際重心。
為了對例如肝、腎、大腦灰白質等身體物質分類和分割或者進行物質分類，通過對密度以及通過原子序數確定的組織或物質種類進行窗化(Fensterung)可以進行原子序數和密度分布的組合求解。除了例如分割惡性組織之外，還可以利用該方法例如同時確定其氮含量，并在隨后的放射治療中用于安排劑量。
為了與傳統(tǒng)的顯示衰減值的放射學進行比較，原始圖像還可以繼續(xù)作為標準X射線圖像顯示。如果不再具有這些圖像，則可以根據檢查物體的原子序數和密度分布倒推著計算出向下兼容的標準X射線圖像。
在與計算機斷層造影相比X射線圖像系統(tǒng)的探測器噪聲較高時，動態(tài)減小X射線圖像的對比度，并由此減小可達到的Z和ρ分辨率。在大面積檢查時給出很高的Z和ρ分辨率可能意味著不容許的大劑量負擔。因此，在全景測量后根據診斷要求在相對較小的檢查區(qū)域內以增加的劑量進行第二次測量。在乳房造影中推薦該方法以檢查微小鈣化。
圖5中示出了三種不同的X射線系統(tǒng)，用于說明X射線透視方法的基本原理。
圖5a示出了用于將檢查對象503投影成像在二維平面探測器502上的X射線系統(tǒng)500。其中，一般在X射線成像期間患者503或物體503相對于X射線管501和探測器502的設置處于靜止狀態(tài)。
圖5b示意性的以計算機斷層造影設備的例子說明了具有旋轉探測器系統(tǒng)502的扇形照射裝置500的原理。由X射線管501扇形發(fā)射的X射線束以確定的角度穿透檢查對象503，并最后落在按行排列的離散的探測器上。一個拍攝周期包括多個這樣的以不同角度對檢查物體的透視。
在圖5c說明的類型的X射線透視設備500中，利用運送裝置例如運送帶506引導檢查物體503穿過設備的照射路徑504。該類型的X射線設備主要用在安全檢查中。作為探測器，采用了線形的、一維的、通常為L形狀的探測器。在穿過照射路徑504時，由X射線管501發(fā)射的X射線束逐行地對物體503進行掃描，一幅完整的物體透視圖像就由這樣產生的圖像行組成。
圖6示出了影響有效X射線頻譜的各種可能，如由X射線管501發(fā)射的光束分布610(611)和探測器裝置函數612(620)的頻譜特性的共同作用給出的那樣。
圖6a說明了X射線管電壓從值U1快速轉換為值U2，從而實現(xiàn)了在X射線發(fā)射頻譜610和611之間的轉換。優(yōu)選的，首先在采用這兩個X射線電壓的其中一個時記錄一個拍攝周期的每次部分拍攝，并緊接著在采用其中另一個電壓時也記錄一個拍攝周期的每次部分拍攝，以便最小化由于患者在拍攝周期內的運動而造成的偽影。對于測量時間很短的X射線設備500，例如X射線投影系統(tǒng)，每個拍攝周期也可以在各X射線管電壓下完整地進行。也可以在X射線管和檢查對象之間以及在檢查對象和X射線探測器之間置入濾波器或濾波器系統(tǒng)來取代X射線管電壓的轉換，以影響X射線頻譜。然后，通過在標準運行電壓以及不采用或采用第一濾波器或濾波器系統(tǒng)時的運行取代所顯示的X射線管在運行電壓U1時的運行；U2時的運行由采用第二濾波器或濾波器系統(tǒng)取代。
由于X射線管501不發(fā)射單一能量的射線而是發(fā)射具有相對較寬頻譜的X射線束504，因此如圖6b所示，可以通過采用能量靈敏的探測器620在一個測量過程中獲得不同X射線頻譜下的多個照片。該探測器為相鄰設置的頻譜區(qū)域提供了分離的測量信號。由此，同時獲得X射線頻譜的不同的、各自分離的頻譜區(qū)域的衰減值，也就是在一個拍攝周期中在不同照射能量情況下的由探測器實施方式和布置限定的X射線圖像數。這樣的探測器620可以實現(xiàn)為層結構探測器，其中X射線光束穿透該探測器層系統(tǒng)的深度由X射線量子能量確定。作為層探測器的另一種選擇，可以采用量子計數器作為能量靈敏的探測器。
圖6c示出了影響X射線發(fā)射頻譜的第三種變形。在此，以特定于任務的元素的物質630例如以快速旋轉的過濾齒輪630的形式設置在X射線管501和檢查對象503或檢查對象503和X射線探測器502之間。每個元素以特定方式吸收在同樣特性的頻譜范圍內的X射線光束。如果該過濾齒輪的一個葉片位于照射路徑中，則對于該元素典型的頻譜范圍在照射路徑中被減弱并在最有利的情況下被消除?，F(xiàn)在對一個拍攝周期的每次部分拍攝都在照射路徑中進行一次沒有設置過濾齒輪葉片的測量和一次設置過濾齒輪葉片的測量。然后，與該過濾齒輪葉片對應的檢查對象元素可以僅在不在照射路徑上設置過濾齒輪葉片的測量中具有X射線衰減值632。在其它情況下測量的衰減值633理想地等于0。通過這種方式，能以很高的精度檢測確定元素的存在或不存在，例如檢查對象體內的鐵或銅。該檢測方法在乳房造影和物質檢驗中特別有意義。
權利要求
1.一種用于確定檢查對象(503)內密度分布和原子序數分布的方法，其步驟為繪制檢查對象(503)的X射線吸收值在第一X射線頻譜中的第一分布，繪制檢查對象(503)的X射線吸收值在第二X射線頻譜中的至少第二分布，確定X射線吸收值第一分布的第一X射線吸收值與密度和原子序數的第一函數關系(11)，確定至少一個X射線吸收值第二分布的、對應于第一X射線吸收值的第二X射線吸收值與密度和原子序數的第二函數關系(41)，以及根據第一函數關系(11)和第二函數關系(41)和/或其它函數關系的比較確定密度和原子序數值。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定X射線吸收值與密度和原子序數的函數關系(11，41)借助于對校準試樣的參考測量，針對至少一個X射線頻譜進行。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述確定X射線吸收值與密度和原子序數的函數關系(11，41)針對至少一個X射線頻譜在物理模型的基礎上以模擬的形式進行。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，根據確定的一對密度和原子序數值(42)，對于X射線吸收值的第一分布和X射線吸收值的其它分布的每個對應的X射線吸收值都這樣將所述X射線吸收值的分布轉換為密度分布和原子序數分布，即對于所述第一X射線頻譜和至少另一個X射線頻譜所述值對(42)滿足所確定的X射線吸收與密度和原子序數的函數關系。
5.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一X射線頻譜具有量子能量，其相對于所述第二X射線頻譜的量子能量受惠于通過光電效應促進X射線吸收。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，為了改變用于繪制檢查對象(503)的X射線頻譜而更改X射線管的至少一個運行參數和/或更改探測器特性。
7.如權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，以更高的X射線劑量繪制所述檢查對象(503)的至少一個部分區(qū)域。
8.一種用于確定檢查對象內密度分布和原子序數分布的X射線設備(500)，該設備具有用于發(fā)射X射線束(504)的X射線源(501)，X射線探測器(502)，用于檢測由X射線源發(fā)射的X射線束(504)并將該X射線束(504)轉換為電信號以用于進一步處理，以及信號處理裝置(505)，用于處理由所述X射線探測器(502)產生的電信號，其特征在于，所述信號處理裝置(505)按照權利要求1至7中任一項所述的方法，根據至少兩個在所述X射線設備(500)上以不同X射線頻譜顯示的檢查對象(503)的X射線吸收分布確定所述檢查對象(503)內的密度分布和原子序數分布。
9.如權利要求8所述的X射線設備，其特征在于，所述X射線源(501)在第一運行狀態(tài)中發(fā)射第一X射線頻譜(610)，在第二運行狀態(tài)中發(fā)射與其不同的第二X射線頻譜(611)。
10.如權利要求8或9所述的X射線設備，其特征在于，所述X射線探測器(502)將所述X射線源(501)接收的X射線束(504)的頻譜部分轉換為互不相關的電信號。
11.如權利要求8、9或10所述的X射線設備，其特征在于，為了繪制所述檢查對象(503)X射線吸收的第一分布將一種物質(630)放置在X射線束(504)的照射路徑中，而為了繪制所述檢查對象(503)X射線吸收的第二分布則不將該物質放置在所述X射線光束(504)的照射路徑中。
12.一種計算機軟件產品，該軟件產品用于按照1至7中任一種方法，根據至少兩個在不同X射線頻譜中顯示的檢查對象(503)內X射線吸收值的分布獲得檢查對象內的密度分布和原子序數分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法、一種X射線設備以及一種計算機軟件產品，用于確定人體或動物檢查對象中物質密度分布和原子序數分布，并使材料技術和安全技術在檢查對象中成為可能。確定在第一X射線頻譜中第一X射線吸收值與密度和原子序數的函數關系，至少確定在第二X射線頻譜中第二X射線吸收值與密度和原子序數的函數關系。根據檢查對象的X射線吸收值在第一X射線頻譜中的第一分布繪制和檢查對象的X射線吸收值在第二X射線頻譜中的至少第二分布的繪制，通過X射線吸收值的第一分布的第一X射線吸收值的函數關系與X射線吸收值的第二或其它分布的與第一X射線吸收值對應的X射線吸收值的函數關系進行比較獲得密度和原子序數值。
文檔編號A61B6/03GK1551745SQ02817274
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權日2001年9月3日
發(fā)明者比約恩·海斯曼, 卡爾·施蒂爾斯托弗, 施蒂爾斯托弗, 比約恩 海斯曼 申請人:西門子公司