X射線成像設備和控制所述設備的方法

X射線成像設備和控制所述設備的方法
【專利摘要】這里公開了一種X射線成像設備和控制所述設備的方法，所述設備和方法估計X射線檢測器的能量響應特性并基于估計的響應特性校正X射線數據的失真。所述X射線成像設備包括：X射線產生器，產生和發射X射線；X射線檢測器，檢測發射的X射線并獲得X射線數據；控制器，將X射線數據轉換為X射線特性坐標，并從測量數據和參考數據之間的關系估計X射線檢測器的響應特性函數，其中，所述測量數據和參考數據被轉換為X射線特性坐標。
【專利說明】X射線成像設備和控制所述設備的方法
[0001]本申請要求于2012年12月28日在韓國知識產權局提交的第10_2012_0156718號韓國專利申請的利益，該申請的公開通過引用包含于此。
【技術領域】
[0002]本發明的實施例涉及一種X射線成像設備和控制所述設備的方法，所述設備使多能帶X射線穿過目標對象以產生X射線圖像。
【背景技術】
[0003]X射線成像設備將X射線放射到目標對象，分析穿過了目標對象的X射線以檢查對象的內部結構。X射線透過性可根據組成目標對象的組織而不同。因此，檢測穿過了目標對象的X射線的強度以形成目標對象的內部結構的圖像。
[0004] 具體地說，X射線產生器產生X射線并將X射線放射到目標對象。然后，X射線檢測器檢測穿過了目標對象的X射線，將檢測到的X射線轉換為電信號，并將電信號發送到控制器。
[0005]控制器使用從X射線檢測器發送的電信號產生目標對象的X射線圖像，因此X射線圖像的圖像質量、分辨率、精度等可根據X射線檢測器的響應特性而不同。

【發明內容】

[0006]因此，本發明的一方面在于提供一種X射線成像設備和控制所述設備的方法，所述設備和方法估計X射線檢測器的能量響應特性并基于估計的響應特性校正X射線數據的失真。
[0007]將在下面的描述中部分闡述本發明的附加方面，并且本發明的附加方面將從描述中部分是清楚的，或可以通過本發明的實踐來學習。
[0008]根據本發明的一方面，一種X射線成像設備，包括:X射線產生器，產生和發射X射線；x射線檢測器，檢測發射的X射線并獲得X射線數據；控制器，將通過X射線檢測器檢測X射線獲得的測量數據和通過仿真獲得的參考數據轉換為作為預定空間上的坐標的X射線特性坐標，并從參考數據和測量數據之間的關系估計X射線檢測器的響應特性函數，其中，所述測量數據和參考數據被轉換為X射線特性坐標。
[0009]根據本發明的另一方面，一種控制X射線成像設備的方法，所述方法包括:在相同的響應特性參數條件下獲得測量數據和參考數據；將測量數據和參考數據中的每一個轉換為作為預定空間上的坐標的X射線特性坐標；從測量數據和參考數據之間的關系估計X射線檢測器的響應特性函數，其中，所述測量數據和參考數據被轉換為X射線特性坐標。
[0010]獲得測量數據和參考數據的操作可包括:將響應特性參數設置為特定值并將X射線放射到X射線模型；檢測穿過了 X射線模型的X射線以獲得X射線數據。
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]從下面結合附圖對實施例的描述，本發明的這些和/或其他方面將變得清楚并更易于理解，其中:
[0012]圖1是X射線成像設備的控制框圖；
[0013]圖2是用于乳房X射線照相術的X射線成像設備的整體外觀的示圖；
[0014]圖3A是根據本發明實施例的X射線成像設備的X射線檢測器的結構的示意圖；
[0015]圖3B是根據本發明實施例的X射線成像設備的X射線檢測器的單個像素區域的不意電路圖；
[0016]圖4A是示出根據本發明實施例的由X射線產生器放射的X射線的能譜的曲線圖；
[0017]圖4B是示出根據本發明實施例的在圖4A的X射線檢測器根據能帶劃分X射線的情況下的理想光譜的曲線圖；
[0018]圖5是示出電荷共享現象的示意圖；
[0019]圖6A是示出針對X射線的全部能帶的失真光譜的曲線圖；
[0020]圖6B是示出當根據能帶劃分X射線時獲得的失真光譜的曲線圖；
[0021]圖7是詳細示出根據本發明實施例的X射線成像設備的控制器的控制框圖；
[0022]圖8A示出當沒有發生失真時的轉換為坐標的X射線數據的曲線圖；
[0023]圖SB示出當發生失真時的轉換為坐標的X射線數據的曲線圖；
[0024]圖9是示出由響應特性估計單元估計的函數和由坐標校正單元使用的函數之間的關系的不意圖；
[0025]圖10是更詳細地示出X射線成像設備的控制框圖；
[0026]圖11是示出根據組成人體的材料的X射線衰減系數的變化的示意曲線圖；
[0027]圖12是在控制根據本發明實施例的X射線成像設備的方法中的估計X射線檢測器的響應特性的方法的流程圖；
[0028]圖13是在控制根據本發明實施例的X射線成像設備的方法中的使用估計的響應特性函數校正X射線數據的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]以下，將參照關于本發明實施例的附圖詳細描述X射線成像設備和控制所述設備的方法。
[0030]圖1是X射線成像設備100的控制框圖，圖2是用于乳房X射線照相術的X射線成像設備的整體外觀的示圖。
[0031]X射線成像設備100的結構、控制條件等根據目標對象而略微不同。根據本實施例的實施例，X射線成像設備100的目標對象不受特定限制。然而，為了詳細描述，圖2示出用于乳房X射線照相術的X射線成像設備100。
[0032]參照圖1和圖2，X射線成像設備100包括:X射線產生器110，用于產生X射線并將X射線放射到目標對象；x射線檢測器120，用于檢測穿過了目標對象的X射線；控制器130，用于估計X射線檢測器120的響應特性以校正X射線檢測器120的X射線數據的失真。
[0033]X射線產生器110產生X射線并將X射線放射到目標對象。當目標對象對應于乳房30時，目標對象被 布置在壓迫槳20和X射線檢測器120之間，并被壓迫槳20壓迫。在這種狀態下，將X射線放射到目標對象。X射線產生器110從電源(未示出)接收電能以產生X射線。可根據施加的管電壓控制X射線的能量，并可根據X射線的曝光時間和管電流控制X射線的劑量或強度。
[0034]X射線產生器110和X射線檢測器120機械地連接到外殼111。外殼111可支撐X射線產生器Iio和X射線檢測器120，并可同時在其中包括發電機。
[0035]X射線產生器110可發射單色X射線或多色X射線。在根據本實施例的X射線成像設備100中，X射線產生器110發射具有特定能量帶寬的多色X射線，所述X射線的能量帶寬由上限和下限限定。
[0036]可根據管電壓的幅度調整發射的X射線的能帶上限(B卩，最大能量)。可根據安裝在X射線產生器110的內部或外部的濾波器調整發射的X射線的能帶下限(B卩，最小能量)。當通過濾波器對具有低能帶寬的X射線進行濾波時，可增加平均X射線能量。
[0037]X射線檢測器120檢測穿過了目標對象的X射線，并將檢測到的X射線轉換為X射線數據。
[0038] 一般而言，可根據材料組成方法、將檢測到的X射線轉換為電信號的方法和獲得電信號的方法來分類X射線檢測器120。對此，以下將描述通過X射線檢測器120檢測X射線和將X射線轉換為電信號的各種方法。
[0039]例如，根據材料組成方法將X射線檢測器120分類為包括單片型裝置的檢測器和包括混合型裝置的檢測器。
[0040]當X射線檢測器120包括單片型裝置時，用于檢測X射線以產生電信號的部分和用于讀取并處理電信號的部分由相同材料的半導體形成或者通過使用相同處理來制造，這對應于例如可使用光接收裝置(諸如電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS))的情況。
[0041]當X射線檢測器120包括混合型裝置時，用于檢測X射線以產生電信號的部分和用于讀取并處理電信號的部分分別由不同的材料形成或者通過使用不同處理來制造，這對應于例如光接收裝置(諸如光電二極管、CCD、碲鋅鎘等)檢測X射線并且讀出集成電路(CMOSROIC)讀取并處理電信號的情況、條檢測器檢測X射線并且CMOS ROIC讀取并處理電信號的情況、以及使用非晶硅或非晶硒平板系統的情況。
[0042]此外，可根據將X射線轉換為電信號的方法將X射線檢測器120分類為直接轉換型和間接轉換型。
[0043]在直接轉換型中，當發射X射線時，臨時產生電子空穴對，并且根據施加在光接收裝置的兩端之間的電場，電子移動到正電極，空穴移動到負電極。在這種情況下，X射線檢測器120將該移動轉換為電信號。在直接轉換型中，光接收裝置由非晶硒、碲鋅鎘、碘化汞、碘化鉛等形成。
[0044]在間接轉換型中，在光接收裝置和X射線產生器110之間布置閃爍體。因此，當從X射線產生器110發射的X射線與閃爍體發生作用以發射具有可見光波長的光子時，光接收裝置檢測光子并將光子轉換為電信號。在間接轉換型中，光接收裝置由非晶硅等形成，可使用薄膜型GADOX閃爍體、微柱型閃爍體、針結構型CSI (Tl)閃爍體等作為閃爍體。
[0045]此外，根據獲得電信號的方法，X射線檢測器120被分類為電荷累積模式型和光子計數模式型，其中，電荷累積模式型在預定時間段存儲電荷以從存儲的電荷獲得信號，每當通過單個X射線光子產生信號時光子計數模式型對所述信號進行計數。[0046]根據本實施例的X射線成像設備100可使用上述任何方法。然而，以下為了描述的方便，將針對本發明的實施例詳細描述X射線成像設備100使用從X射線直接獲得電信號的直接轉換型、檢測X射線的感測器芯片和讀出電路芯片彼此集成的混合方法以及光子計數模式的情況。
[0047]圖3A是根據本發明實施例的X射線成像設備100的X射線檢測器120的結構的示意圖，圖3B是根據本發明實施例的X射線成像設備100的X射線檢測器120的單個像素區域50的不意電路圖。
[0048]參照圖3A，X射線檢測器120包括用于檢測X射線以產生電信號的檢測裝置121和用于讀出產生的電信號的讀出電路122。檢測裝置121被包括在光接收裝置中。這里，讀出電路122可以以包括多個像素區域50的二維像素陣列形式來形成。
[0049]檢測裝置121可由單晶半導體材料形成，以在低能和低劑量的情況下保證高分辨率、高響應時間和高動態范圍。這里，單晶半導體材料可以是鍺、碲化鎘、碲鋅鎘、砷化鎵等。
[0050]可以通過將P型層121c接合到高電阻η型半導體基板121b的下表面來以PIN光電二極管形式形成檢測裝置121，其中，在P型層121c中，P型半導體被以2D像素陣列形式布置。此外，使用CMOS處理的讀出電路122分別連接到檢測裝置121的各個像素50。CMOS讀出電路122和檢測裝置121可通過倒裝芯片接合的方法彼此接合。也就是說，可通過回流焊接由鉛錫、銦等形成的突起并在加熱的同時將讀出電路122和檢測裝置121按壓在一起來將讀出電路122和檢測裝置121彼此接合。
[0051]當X射線的光子入射到檢測裝置121上時，價帶中的電子吸收等于或大于帶隙能量差的光子的能量，并被激發到導帶。因此，在耗盡區中產生電子空穴對。
[0052]在檢測裝置121的P型層121c和η型半導體基板121b上均形成金屬電極。當在金屬電極之間施加反向偏壓時，在耗盡區中產生的電子空穴對的電子被吸引到η型區，所述電子空穴對的空穴被吸引到P型區。吸引到P型區的空穴經由突起123被輸入到讀出電路122，從而由光子產生的電信號可被讀取。然而，可根據檢測裝置121的結構和施加的電壓將電子輸入到讀出電路122，從而可產生電信號。
[0053]讀出電路122可采用與檢測裝置121的ρ型半導體對應的二維像素陣列的形式，并可分別讀出每個像素50的電信號。參照圖3Β，當通過突起123將電荷從檢測裝置121輸入到讀出電路122時，通過從單個光子產生的輸入電荷對讀出電路122的前置放大器122a充電，并且前置放大器122a輸出對應于所述電荷的電壓信號。
[0054]從前置放大器122a輸出的電壓信號被發送到比較器122b，比較器122b將可在外部控制的閾值電壓與輸入電壓信號進行比較以根據比較結果輸出脈沖信號“I”或“0”，計數器對輸出的數“ I ”進行計數并輸出數字化的X射線數據。因此，從X射線檢測器120輸出的X射線數據包括關于每個像素的光子的數量的信息。
[0055]圖4A是示出根據本發明實施例的由X射線產生器發射的X射線的能譜的曲線圖，圖4B是示出根據本發明實施例的在圖4A的X射線檢測器根據能帶劃分X射線的情況下的理想光譜的曲線圖。
[0056] 例如，當X射線產生器110在50KVp的管電壓產生X射線，并在過濾其低能帶(即，約O至約IOkeV)之后發射X射線時，從X射線產生器110發射的X射線具有如圖4A中示出的能譜。在這種情況下，對此，可通過管電流和X射線曝光時間控制由圖4A中示出的曲線圖的y軸表示的X射線劑量(光子的數量)。
[0057]X射線成像設備100可使用具有如圖4A中示出的光譜的X射線的所有能帶來產生一個圖像。然而，為了增加組織之間的對比度，可根據多個能帶劃分具有如圖4A中示出的光譜的X射線，并可產生與能帶對應的X射線圖像，以從X射線圖像獲得具有高對比度的多能X射線圖像。
[0058]為此，X射線檢測器120根據能帶劃分入射的X射線。如在本實施例中，當以光子計數模式實現X射線檢測器120時，X射線檢測器120在讀出電路122的一個像素區域上包括與多個能帶相應的多個比較器和多個計數器。每個比較器的閾值電壓被調整為與將被劃分的能帶相應的電壓，每個計數器僅對具有比對應于閾值電壓的能量高的能量的光子進行計數，從而可基于能帶獲得X射線信號。
[0059]可選擇地，X射線產生器110可多次發射每個能帶的X射線。然而，根據本實施例，由于以光子計數模式實現X射線檢測器120，因此，X射線產生器110發射具有多個不同能帶的X射線，X射線檢測器120根據能帶劃分檢測到的X射線。在這種情況下，由X射線檢測器120獲得的X射線數據包含關于針對每個能帶的每個像素中的光子的數量的信息。
[0060]例如，當X射線被劃分為具有三個能帶Ep E2和E3時，圖4A中示出的X射線光譜被劃分為如圖4B中示出的三個能帶。可通過考慮目標對象的類型或特性來考慮由X射線產生器110發射的X射線的能帶。根據本發明的實施例，當目標對象是乳房時，可發射具有IOkeV到50keV的X射線帶的X射線，以使用圖4B中示出的三個能帶E1' E2和E3。
[0061]然而，不同于圖4A和圖4B中示出的理想光譜，實際檢測到的X射線的能譜可根據X射線檢測器120的響應特性而失真。
[0062]具體地說，當以光子計數模式實現X射線檢測器120時，可發生電荷共享或堆疊現象。電荷共享或堆疊現象可影響X射線檢測器120的響應特性，從而使X射線數據失真。
[0063]電荷共享現象表示這樣一種現象，在所述現象中，從X射線檢測器120的多個像素區域檢測從具有特定能量的一個光子產生的電子或空穴，從而所述一個光子被識別為具有比所述特定能量低的能量的多個光子。
[0064]堆疊現象表示這樣一種現象，在所述現象中，在完成對關于一個光子的信號的獲得之前檢測下一光子，從而關于兩個光子的信號被識別為關于一個光子的信號。
[0065]圖5是示出電荷共享現象的示意圖。參照圖5,當具有50keV能量的光子入射穿過X射線檢測器120的四個像素區域時，X射線檢測器120可將一個光子識別為具有比50keV低的能量的四個光子。例如，可將具有50keV能量的一個光子識別為具有25keV、6keV、16keV和4keV的能量的四個光子。此外，由一個光子產生的電荷在不管光子的入射區域的情況下分別入射到多個像素區域上的現象也被稱為電荷共享現象。
[0066]圖6A是示出針對X射線的所有能帶的失真光譜的曲線圖，圖6B是示出當根據能帶劃分X射線時獲得的失真光譜的曲線圖。假設圖6A和圖6B中示出的失真由于電荷共享現象而產生。
[0067] 當在X射線檢測器120中發生電荷共享現象時，具有高能量的光子被識別為具有低能量的多個光子。因此，X射線檢測器120識別出高能量區(約30keV到40keV)中的光子的數量小于實際光譜中的光子的數量，并且低能量區(約IOkeV到20keV)中的光子的數量大于實際光譜中的光子的數量，如圖6A中所示。從圖6A的曲線圖看出，失真從光譜a到光譜C越來越嚴重。
[0068]此外，如圖6B中所示，當根據多個能帶劃分由X射線檢測器120檢測到的X射線時，由于電荷共享現象的影響發生失真。如上所述，當發生電荷共享現象時，具有高能量的光子被識別為具有低能量的多個光子，因此，具有高能量的實際光子被計數為具有低能量的光子。因此，實際上，能帶E2中的一些光子和能帶E3中的一些光子可能被計數為能帶E1中的光子。因此，劃分的能帶可能是圖6B中示出的E/、E2’和^’，從而降低X射線能量分離特性。
[0069]因此，根據本發明的實施例，X射線成像設備100的控制器130可預先估計X射線檢測器120的響應特性，并可逆向使用估計的響應特性以校正檢測到的X射線數據，從而校正X射線數據的失真。
[0070]以下，將詳細描述控制器130的詳細結構和操作。
[0071]圖7是詳細示出根據本發明實施例的X射線成像設備的控制器130的控制框圖。
[0072]已經參 照圖1描述了 X射線產生器110和X射線檢測器120的操作，因此這里將省略對其的詳細描述。
[0073]參照圖7，控制器130包括:坐標轉換單元131，用于將由X射線檢測器120獲得的X射線數據轉換為坐標；響應特性估計單元132，用于估計X射線檢測器120的響應特性；坐標校正單元133，用于使用估計的響應特性校正從X射線數據轉換的坐標；數據轉換單元134，用于將校正的坐標逆轉換為X射線數據。
[0074]坐標轉換單元131將由X射線檢測器120獲得的X射線數據轉換為預定空間上的坐標。以下，在下面的實施例中，為了描述的方便，從X射線數據轉換的坐標將被稱為X射線特性坐標。
[0075]預定空間可以是指示每個能帶的X射線數據的特性的空間。坐標轉換方法可以基于用于實現彩色圖像的RGB數據的空間轉換方法。根據本發明實施例，當坐標轉換單元131使用標準化坐標系統時，可根據下面的表達式I來執行坐標轉換。
[0076][表達式I]
[0077](I1=D1/ (Dj+Dg+Dg), d2=D2/ (Dj+Dg+Dg), d3=D3/ (Dj+Dg+Dg)
[0078]這里，DpD2和D3是與針對每個能帶的每個像素的光子的數量對應的X射線數據。
[0079]根據本發明的實施例，X射線成像設備100可通過坐標轉換單元131將X射線數據轉換為X射線特性坐標，并可使用X射線特性坐標估計X射線檢測器120的響應特性。當使用估計的響應特性校正X射線數據時，可校正X射線特性坐標而非X射線數據。當將X射線數據轉換為坐標時，如果估計了響應特性以校正數據，則可在使X射線圖像質量的劣化最小化的同時校正數據失真。
[0080]圖8A示出當沒有發生失真時轉換為坐標的X射線數據的曲線圖，圖SB示出當發生失真時轉換為坐標的X射線數據的曲線圖。
[0081]如圖4B中所示，當由X射線檢測器120檢測到的X射線被劃分為具有能帶E1' E2和E3并且沒有發生失真時，由X射線檢測器120獲得的X射線數據的特性可被表示在如圖8A中所示的預定空間的區域A中。根據與RGB顏色圖表類似的原理示出圖8A的曲線圖。
[0082]然而，如圖6B中所示，當在劃分X射線期間在能帶之間發生重疊時，X射線數據失真，并且表示X射線數據的特性的空間減少(A — A’)，如圖SB中所示。[0083]響應特性估計單元132估計X射線檢測器120的響應特性以預先估計該失真。具體地說，響應特性估計單元132可在改變可影響X射線檢測器120的響應特性的參數(以下，稱為“響應特性參數”)的同時獲得關于模型(Phantom)的多個測量數據和參考數據，并可使用測量數據和參考數據之間的關系來估計X射線檢測器120的響應特性函數。
[0084]模型將被測量用于測試X射線成像設備的性能和維護X射線成像設備，并由各種形狀的各種材料形成。因此，針對根據本實施例的X射線成像設備100，模型的類型不受特定限制。通過檢測由X射線產生器110發射的且穿過了模型的X射線來獲得測量數據，并且通過應用了與在獲得測量數據時相同的響應特性參數的仿真來獲得參考數據。
[0085]響應特性參數可以是X射線檢測器120的電壓(即，在檢測裝置121的兩端之間施加的電壓)、x射線產生器110的管電壓、從X射線產生器110發射的X射線的光譜長度等，但不限于此。因此，響應特性參數可以是影響X射線檢測器120的響應特性的任何響應特性參數。
[0086]例如，X射線檢測器120的電壓可從V1變為Vn (η≥2，整數)以獲得模型的測量數據，并且可執行仿真以獲得在X射線檢測器120的電壓從V1到Vn處的模型的參考數據。
[0087] 此外，使用測量數據和參考數據之間的關系來估計X射線檢測器120的響應特性函數。
[0088]類似地，可獲得關于多個不同的管電壓組、多個不同的X射線光譜組等的測量數據和參考數據，以估計X射線檢測器120的響應特性函數。
[0089]可選擇地，可將多個響應特性參數設置為一組，并且在改變至少一個響應特性參數的同時獲得關于多個組參數數據和測量數據。
[0090]可在開始使用X射線成像設備100之前通過上述模型檢測執行一次響應特性估計，可通過上述模型檢測周期性地執行響應特性估計，或可在每次使用X射線成像設備100時都執行響應特性估計。也就是說，在根據本實施例的X射線成像設備100中，通過響應特性估計單元132執行的響應特性估計的次數不受特定限制。
[0091]坐標校正單元133使用估計的響應特性校正關于目標對象的X射線數據。在這種情況下，坐標校正單元133可校正由坐標轉換單元131轉換成X射線特性坐標的X射線數據。即，當穿過了目標對象的X射線被X射線檢測器120檢測到、被轉換為指示每個能帶的光子的數量的X射線數據、并且被發送到控制器130時，控制器130的坐標轉換單元131將X射線數據轉換為預定空間上的坐標，即，X射線特性坐標。此外，坐標校正單元133可校正X射線特性坐標。
[0092]坐標校正單元133逆向地使用由響應特性估計單元132估計的響應特性函數以校正X射線數據。圖9是示出由響應特性估計單元132估計的函數和由坐標校正單元133使用的函數之間的關系的示意圖。
[0093]參照圖9，當將被劃分為具有能帶Ep E2和E3的X射線數據轉換為預定空間上的坐標時，X射線數據的特性可被表示在如圖9 (a)所示的區域A中。當由于X射線檢測器120的響應特性而在能帶之間發生重疊時，表示X射線數據的特性的空間減小(區域A —區域A’)，如圖9 (b)所示。由響應特性估計單元132估計的響應特性函數對應于將區域A轉換為區域A’的函數，因此，需要使用響應特性函數的逆函數以將區域A’轉換為區域A。
[0094]因此，坐標校正單元133計算由響應特性估計單元132估計的函數的逆函數(以下，稱為“響應特性逆函數”)，并通過將響應特性逆函數應用于X射線特性坐標來校正X射線數據。
[0095]可選擇地，響應特性估計單元132可計算響應特性逆函數并將響應特性逆函數發送到坐標校正單元133。然后，坐標校正單元133可將響應特性逆函數直接應用于X射線特性坐標。
[0096]數據轉換單元134將X射線特性坐標逆轉換為X射線數據。對此，由坐標校正單元133校正的X射線特性坐標被轉換為X射線數據并被發送到圖像處理器，從而執行用于產生X射線圖像的圖像處理。
[0097]通過坐標轉換單元131、響應特性估計單元132、坐標校正單元133對X射線數據的校正可由一個表達式(例如，下面的表達式2 )來表示。
[0098][表達式2]
[0099]Dcorrected-M F.M Dmeasured
[0100]Dnreasured是由X射線檢測器120獲得的關于目標對象的X射線數據；M是用于將X射線數據轉換為X射線特性坐標的函數；F是響應特性函數；DM?ec;ted是最終的校正的X射線數據。
[0101]因此，如上面的表達式2所示，根據本發明的實施例的X射線成像設備100可(使用M)將目標對象的X射線數據D__d轉換為X射線特性坐標，使用響應特性函數(使用F-1)校正轉換的X射線特性坐標，并將校正的X射線特性坐標逆轉換為X射線數據以獲得校正了失真的X射線數據Dcorrected °
[0102]圖10是更詳細地示出X射線成像設備100的控制框圖。
[0103]參照圖10，根據本實施例的X射線成像設備100還可包括用于產生多能X射線圖像的包括在控制器130中的圖像處理器135，還可包括用于顯示由圖像處理器135產生的X射線圖像的顯示單元140。已經描述了其它元件，因此這里將省略對其的詳細描述。
[0104]圖像處理器135可從數據轉換單元134接收校正的X射線數據以產生多能X射線圖像。發送的X射線數據包括每個能帶的X射線信號。例如，當由X射線檢測器120檢測到的X射線被劃分為具有能帶Ep E2和E3時，發送到圖像處理器135的X射線數據包含關于屬于能帶E1的光子的數量、屬于能帶E2的光子的數量和屬于能帶E3的光子的數量的信息。基于像素對光子的數量進行計數。
[0105]以下，將針對本發明的一個實施例描述由圖像處理器135產生多能X射線圖像的方法。
[0106]圖11是示出根據組成人體的材料的X射線衰減系數的變化的示意曲線圖。
[0107]如上所述，X射線透過性可根據X射線穿過的材料的特性而不同，X射線透過性可被數字地表示為衰減系數。
[0108]圖11示出指示根據針對組成人體的材料中的骨骼、肌肉和脂肪的X射線能量的X射線衰減系數的變化的曲線。如圖11中所示，X射線衰減系數的變化針對骨骼、肌肉和脂肪而不同，針對各個材料的X射線衰減系數的差異根據X射線能量而不同。
[0109]圖11示出僅根據針對骨骼、肌肉和脂肪的X射線能量的X射線衰減系數的變化。然而，X射線衰減系數的變化在包括脂肪的各種軟組織之間不同。因此，可使用不同能帶的多個圖像信號從一個圖像提取具有不同衰減特性的材料。[0110]當包括Ntl個具有能量E的光子的X射線的衰減系數是μ (E)時，在X射線穿過具有厚度T的目標對象之后的光子的數量N可根據下面的表達式3給出。
[0111][表達式3]
[0112]N=N0X e_u(E)T
[0113]當X射線穿過的材料的類型的數量是M時，如果第m種材料的厚度為Tm，則上面的表達式3可被重寫為下面的表達式4。
[0114][表達式4]
[0115]N=N Xe-{u 1(E)T1+u2(E)T2+...+μΜ(Ε)?}
[0116]基于上面的表達式4，通過將兩邊都除以可測量的值Ntl并應用-log來確定圖像的像素值。類似地，當針對L個不同能帶EpE2...El獲得L個X射線圖像時，可根據下面的表達式5給出像素值I (E1)。
[0117][表達式5]
[0118]I (E1)=-1og (N (E1)ZN0)
[0119]= μ ! (E1) T1+ μ 2 (E2) T2+...+ μ M (E1) Tm
[0120]因此，可針對每個像素從L個X射線圖像獲得諸如上面的表達式5的L個等式，這可根據行列式(例如，下面的表達式6)給出。
[0121] [表達式6]
[0122]Ι=μ.T
[0123]因此，當L=M時，可通過計算行列式Τ=μ ―1.I來獲得針對每種材料分離的圖像。當假設使用理想單色X射線圖像時，導出上面的表達式6。然而，當使用具有特定能帶的X射線圖像時，可視情況適當地修改和使用上面的表達式6。
[0124]由圖像處理器135產生的多能X射線圖像可以是針對每種材料分離的至少一個圖像，或可以是指示針對每種材料分離的圖像作為一個圖像的特性圖像。特性圖像可被用于通過顏色映射、亮度調整等區分一個圖像中的多種材料。
[0125]此外，可通過顯示單元140顯示由圖像處理器135產生的多能X射線圖像。
[0126]以下，將針對本發明的實施例描述控制X射線成像設備的方法。
[0127]圖12是在控制根據本發明實施例的X射線成像設備的方法中的估計X射線檢測器120的響應特性的方法的流程圖。
[0128]參照圖12，將響應特性參數設置為特定值并且將X射線放射到模型(310)。響應特性參數是影響X射線檢測器120的響應特性的參數，并且是X射線檢測器120的電壓(gp，在檢測裝置121的兩端之間施加的電壓)、Χ射線產生器110的管電壓、從X射線產生器110發射的X射線的光譜長度等。可預定義設置的參數或者可通過控制器130或每個單元任意設置該參數。被放射了 X射線的模型將被測量，用于測試X射線成像設備的性能和維護X射線成像設備。在根據本實施例的控制X射線成像設備的方法中，模型的形狀或材料不受特定限制。發射到模型的X射線是具有多個能帶的寬帶X射線。
[0129]此外，檢測穿過了模型的X射線(311)并根據多個能帶劃分檢測到的X射線以獲得測量數據(312)。這里，可預先設置劃分的能帶。測量數據包含每個能帶的光子的數量，并且針對每個像素測量光子的數量。
[0130]將測量數據轉換為預定空間中的坐標，即，X射線特性坐標(313)。這里，預定空間可以是指示每個能帶的X射線數據的特性的空間。
[0131]確定是否完成了對測量數據的獲得(314)。根據本發明的實施例，當針對用于獲得測量數據的所有預定義的響應特性參數組發射并檢測到X射線時，可確定完成了對測量數據的獲得。
[0132]當沒有完成對測量數據的獲得(314的否)時，將響應特性參數設置為不同值，將X射線放射到模型(315)，并重復執行操作311至314。
[0133]當完成了對測量數據的獲得(314的是)時，使用被轉換為X射線特性函數的測量數據和參考數據之間的關系來估計X射線檢測器120的響應特性函數(316)。參考數據是使用與在獲得測量數據期間設置的參數相同的響應特性參數通過仿真而獲得的X射線數據。
[0134]可在開始使用X射線成像設備之前執行一次響應特性函數的估計，可周期性地執行響應特性函數的估計，或可在每次使用X射線成像設備100時都執行響應特性函數的估計。
[0135]圖13是在控制根據本發明實施例的X射線成像設備的方法中使用估計的響應特性函數來校正X射線數據的方法的流程圖。
[0136]參照圖13，產生具有多個能帶的寬帶X射線并將所述寬帶X射線發射到目標對象(320)。這里，可根據目標對象以不同方式設置寬帶X射線的能帶。
[0137]檢測穿過了目標對象的X射線(321)，并根據多個能帶劃分檢測到的X射線以獲得X射線數據(322)。這 里，可根據目標對象的類型預先設置能帶，或可考慮目標對象的厚度、強度等通過自動曝光控制(AEC)設置能帶。X射線數據可指示每個能帶的光子的數量并可針對每個像素來獲得。
[0138]將獲得的X射線數據轉換為X射線特性坐標(323)，并使用在如圖11所示的處理中估計的響應特性函數來校正X射線特性坐標(324)。具體地說，如參照圖9的描述，估計的響應特性函數示出了正常X射線特性坐標和失真X射線特性坐標之間的關系。為了將失真X射線特性坐標校正為正常X射線特性坐標，需要逆向使用估計的響應特性函數。也就是說，可計算估計的響應特性函數的逆函數，并且可將響應特性逆函數應用于失真X射線特性坐標以獲得正常X射線特性坐標。
[0139]將校正的X射線特性坐標逆轉換為X射線數據(325)，并且使用針對每個能帶校正的X射線數據產生多能X射線圖像(326)。多能X射線圖像可以是針對每種材料分離的至少一個圖像、或者可以是指示針對每種材料分離的圖像作為一個圖像的特性圖像。
[0140]在本發明的上述實施例中，X射線檢測器使用直接轉換型、混合裝置和光子計數模式，這只是根據本發明實施例的X射線成像設備。由X射線成像設備校正的失真的類型不受限制。因此，還可使用除以上X射線檢測器以外的使用其他方法的X射線檢測器來根據響應特性校正數據失真。
[0141]此外，在本發明的上述實施例中，已經描述了根據多個能帶劃分檢測到的X射線的情況。然而，根據本發明實施例的X射線成像設備不限于此，并可在使用單個能帶時被使用。
[0142]從以上描述中顯然的是，根據本發明實施例的X射線成像設備和控制該設備的方法可估計X射線檢測器的能量響應特性，并可基于估計的響應特性校正數據失真以有效地校正X射線圖像中存在的失真。[0143]雖然已經示出和描述了本發明的一些實施例，但是本領域技術人員應理解，可在不脫離本發明的原理和精神的情 況下，對這些實施例進行改變，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種X射線成像設備，包括: X射線產生器，產生和發射X射線； X射線檢測器，檢測發射的X射線并獲得X射線數據； 控制器，將通過X射線檢測器檢測X射線獲得的測量數據和通過仿真獲得的參考數據轉換為作為預定空間上的坐標的X射線特性坐標，并從參考數據和測量數據之間的關系估計X射線檢測器的響應特性函數，其中，所述測量數據和參考數據被轉換為X射線特性坐標。
2.如權利要求1所述的X射線成像設備，其中，測量數據包括通過執行以下操作獲得的X射線數據，以下操作包括:將影響X射線檢測器的響應特性的響應特性參數設置為預定義的值，通過X射線產生器將X射線放射到X射線模型，以及通過X射線檢測器檢測穿過了 X射線模型的X射線。
3.如權利要求1所述的X射線成像設備，其中，參考數據包括使用與在獲得測量數據期間設置的響應特性參數相同的響應特性參數通過仿真而獲得的X射線數據。
4.如權利要求3所述的X射線成像設備，其中，響應特性參數被設置為不同的值，并且測量數據和參考數據被獲得多次。
5.如權利要求3所述的X射線成像設備，其中，響應特性參數包括X射線產生器的管電壓、在X射線檢測 器的檢測單元的兩端之間施加的電壓和由X射線產生器發射的X射線的光譜長度中的至少一個。
6.如權利要求1所述的X射線成像設備，其中，控制器使用估計的響應特性函數校正關于目標對象的X射線數據。
7.如權利要求6所述的X射線成像設備，其中，控制器將關于目標對象的X射線數據轉換為X射線特性坐標，并使用估計的響應特性函數校正X射線特性坐標。
8.如權利要求7所述的X射線成像設備，其中，控制器從估計的響應特性函數計算響應特性逆函數，并將響應特性逆函數應用于轉換的X射線特性坐標。
9.如權利要求8所述的X射線成像設備，其中，控制器將校正的X射線特性坐標逆轉換為X射線數據，并使用X射線數據產生X射線圖像。
10.一種控制X射線成像設備的方法，所述方法包括: 在相同的響應特性參數條件下獲得測量數據和參考數據； 將測量數據和參考數據中的每一個轉換為作為預定空間上的坐標的X射線特性坐標； 從測量數據和參考數據之間的關系估計X射線檢測器的響應特性函數，其中，所述測量數據和參考數據被轉換為X射線特性坐標。
11.如權利要求10所述的方法，其中，獲得測量數據和參考數據的操作包括: 將響應特性參數設置為特定值并將X射線放射到X射線模型； 檢測穿過了 X射線模型的X射線以獲得X射線數據。
12.如權利要求11所述的方法，其中，獲得測量數據和參考數據的操作包括:將響應特性參數設置為不同的值并獲得測量數據多次。
13.如權利要求11所述的方法，其中，獲得測量數據和參考數據的操作包括:使用與在獲得測量數據期間設置的響應特性參數相同的響應特性參數通過仿真來獲得X射線數據。
14.如權利要求11所述的方法，其中，響應特性參數包括X射線產生器的管電壓、在X射線檢測器的檢測單元的兩端之間施加的電壓和由X射線產生器發射的X射線的光譜長度中的至少一個。
15.如權利要求10所述的方法，還包括:使用估計的響應特性函數校正關于目標對象的X射線數據。
16.如權利要求15所述的方法，其中，校正X射線數據的操作包括:獲得關于目標對象的X射線數據并將X射線數據轉換為X射線特性坐標。
17.如權利要求16所述的方法，其中，校正X射線數據的操作包括:計算作為估計的響應特性函數的逆函數的響應特性逆函數。
18.如權利要求17所述的方法，其中，校正X射線數據的操作包括:將響應特性逆函數應用于從X射線數 據轉換的X射線特性坐標。
【文檔編號】A61B6/00GK103908273SQ201310573610
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】金圣洙, 吳炫和, 姜東求, 姜聲訓, 成映勛, 李剛儀, 韓錫旼 申請人:三星電子株式會社