CN105939667A - 用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统(31)。包括能量分辨探测器的谱投影数据生成设备(6)基于已经由辐射设备(2)提供的已经穿过检查区(5)之后的多色辐射(4)来生成谱计算机断层摄影投影数据，并且参考值生成设备基于尚未穿过所述检查区的辐射来生成能量相关的参考值。谱参数提供单元(12)基于所述能量相关的参考值来提供指示所述辐射设备的谱性质的谱参数。特别地，可以随时间监测所述辐射设备的谱性质，其中，该信息能够被用于例如校正所述谱计算机断层摄影投影数据和/或如果指示所述辐射设备的不期望的谱性质，则触发所述辐射设备的替换。

Description

用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统

技术领域

本发明涉及一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统和方法。本发明还涉及一种用于控制所述系统的计算机程序以及一种包括用于生成谱计算机断层摄影投影数据的所述系统的谱计算机断层摄影系统。

背景技术

US 2014/0072098 A1公开了一种X射线系统，其包括用于发射X射线辐射的X射线源和用于探测已经穿过待检查的对象之后的X射线辐射的辐射探测器。所述X射线系统还包括通过由X射线源所发射的尚未穿过对象的辐射所照射的监测探测器，其中，监测探测器被配置为能量分辨探测器，其提供表示X射线辐射的当前剂量的能量分辨的当前剂量测量数据。

为了生成谱计算机断层摄影投影数据，谱计算机断层摄影系统包括辐射设备和探测器，所述辐射设备提供穿过待成像的对象的多色辐射，并且所述探测器探测已经穿过所述对象之后的多色辐射。所述谱计算机断层摄影系统适于针对不同的投影方向生成谱计算机断层摄影投影数据并且基于谱计算机断层摄影投影数据来重建计算机断层摄影图像。

由于例如辐射设备的X射线管的阳极的粗化、所施加的管电压的非预期变化、非预期焦斑移动等，辐射设备的谱性质可以随时间变化。辐射设备的谱性质的变化能够导致经重建的计算机断层摄影图像中的伪影。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统和方法，其允许计算机断层摄影图像的经改进的质量。本发明的另一目标是提供一种用于控制所述系统的计算机程序以及提供一种包括用于生成谱计算机断层摄影投影数据的所述系统的计算机断层摄影系统。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统，其中，所述系统包括：

-辐射设备，其用于提供用于穿过所述系统的检查区的多色辐射，

-谱投影数据生成设备，其用于基于已经穿过所述检查区之后的辐射来生成谱计算机断层摄影投影数据，

-参考值生成设备，其用于基于尚未穿过所述检查区的辐射来生成能量相关的参考值，以及

-谱参数提供单元，其用于基于所述能量相关的参考值来提供指示所述辐射设备的谱性质的谱参数。

由于能量相关的参考值是基于尚未穿过所述检查区的辐射而确定的并且由于指示所述辐射设备的谱性质的谱参数是基于所述能量相关的参考值而确定的，因而能够随时间监测所述辐射设备的谱性质，其中，该谱性质信息能够被用于改进基于所述谱计算机断层摄影投影数据重建的计算机断层摄影图像的质量。例如，所述谱性质信息能够被用于校正所述谱计算机断层摄影投影数据，其中，所述经校正的谱计算机断层摄影投影数据可以被用于重建所述计算机断层摄影图像，以便增加所述图像质量。或者，如果所述谱性质信息指示所述辐射设备的不期望的谱性质，则所述辐射设备可以由具有期望的谱性质的辐射设备来替换，其导致具有经改进的图像质量的计算机断层摄影图像。

所述谱参数能够是例如指示随时间由所述辐射设备提供的多色辐射的谱的改变的参数。所述谱参数还能够定义由所述辐射设备所提供的所述多色辐射的当前谱。一般而言，所述谱参数提供单元能够适于提供与所述当前谱和/或所述多色辐射的所述谱的改变有关的一个或若干谱参数。在实施例中，所述谱参数提供单元能够适于将所述能量相关的参考值直接提供作为谱参数，所述能量相关的参考值取决于由所述辐射设备所提供的多色辐射的谱。

所述谱投影数据生成设备包括能量分辨探测器，尤其是能量分辨光子计数探测器，用于生成谱计算机断层摄影投影数据。所述光子计数探测器能够包括像Cd(Zn)Te的直接转换材料。此外，所述参考值生成设备能够包括用于生成所述能量相关的参考值的能量分辨参考探测器。在实施例中，所述谱投影数据生成设备的所述能量分辨探测器和所述能量分辨参考探测器具有相同的类型。例如，两者可以都是光子计数探测器，尤其是具有像Cd(Zn)Te的直接转换材料的光子计数探测器。如果被用于生成所述谱计算机断层摄影投影数据的所述能量分辨探测器和所述能量分辨参考探测器具有相同的类型，则能够假定所述能量相关的参考值和所述谱计算计算机断层摄影投影数据至少部分以相同的方式生成。因此，所述能量相关的参考值可以非常适于根据所述辐射设备的当前谱性质来校正所述谱计算机断层摄影投影数据，其进而能够导致最后经重建的计算机断层摄影图像的进一步改进的质量。

谱计算机断层摄影投影数据是已经在不同的采集方向上生成的能量相关的投影数据。因此，用于生成谱计算机断层摄影投影数据的所述系统优选适于在相对于要被放置在所述检查区内的待检查对象的不同采集方向上来采集谱投影。特别地，用于生成谱计算机投影数据的所述系统适于相对于所述待检查对象移动所述辐射设备并且任选地移动所述能量分辨探测器以生成所述谱计算机断层摄影投影数据，尤其是沿着圆形或螺旋形轨迹围绕所述对象移动所述辐射设备并且任选地移动所述能量分辨探测器以便在不同的采集方向上采集所述谱投影。

在实施例中，所述辐射设备包括用于发射所述多色辐射的辐射源和用于使所发射的多色辐射准直的准直器，其中，所述能量分辨参考探测器被布置在所述辐射源与所述准直器之间。特别地，所述参考值生成设备可以包括被布置在所述辐射源与所述准直器之间的至少两个参考探测器，其中，这些参考探测器中的至少一个是能量分辨参考探测器。例如，所述参考值生成设备可以包括被布置在所述辐射穿过的所述准直器的开口的相对侧处的所述辐射源与所述准直器之间的两个能量分辨参考探测器。

所述参考值生成设备可以包括K边缘元件，所述K边缘元件具有由所述辐射设备所提供的多色辐射的谱之内的能量处的K边缘，其中，对所述参考值生成设备和所述辐射设备进行布置，使得由所述辐射设备所发射的多色辐射撞击在所述K边缘元件上，其中，所述参考值生成设备适于基于来自所述K边缘元件的所述辐射来生成所述能量相关的参考值。此外，所述参考值生成设备可以包括能量分辨参考探测器，其中，可以对所述参考值生成设备和所述辐射设备进行布置，使得已经穿过所述K边缘元件并且因此已经由所述K边缘元件过滤的所述辐射是由所述能量分辨参考探测器能探测的，其中，所述能量分辨参考探测器适于基于所探测的辐射来生成所述能量相关的参考值。特别地，所述参考值生成设备可以包括若干K边缘元件，其具有由所述辐射设备所提供的多色辐射的谱之内的不同能量处的K边缘，以用于在由所述能量分辨参考探测器探测之前对所述辐射进行过滤。所述能量分辨参考探测器优选地包括对由所述辐射设备所发射的所述辐射敏感的探测表面，其中，K边缘材料在所述探测表面上被并排地布置和/或被布置在彼此之上。所述谱参数提供单元可以适于：a)基于在所述K边缘存在的所述能量处的谱参考值来确定所述谱参数，和/或b)通过概括针对小于在K边缘存在处的最低能量的能量和/或针对在不同的K边缘存在处的能量之间的能量和/或针对大于在K边缘存在处的最大能量的能量的谱参考值来计算一个或若干加和值，并且基于一个或若干加和值来确定所述谱参数。例如，所述谱参数提供单元能够适于基于在所述K边缘存在的不同能量处的谱参考值的比率，来确定所述谱参数。此外，所述谱参数提供单元能够适于基于加和值的比率来确定所述谱参数。例如，能够针对不同的时间确定所述加和值的比率和/或所述K边缘存在的不同能量处的所述谱参考值的比率，并且能够比较针对不同的时间所确定的比率以便确定指示随时间所述多色辐射的谱的改变的谱参数。这允许对随时间的所述辐射设备的谱性质的改变的非常准确的确定。

所述参考值生成设备可以适于生成针对不同位置和/或时间的能量相关的参考值，其中，所述谱参数提供单元可以适于基于所生成的能量相关的参考值来将能量相关的参考值的空间和/或时间分布计算为所述谱参数。特别地，所述参考值生成设备能够包括布置在不同位置处的若干能量分辨参考探测器，其中，每个能量分辨参考探测器适于探测尚未穿过所述检查区的所述辐射，并且取决于所探测的辐射而生成所述能量相关的参考值，并且其中，所述谱参数提供单元适于基于所生成的能量相关的参考值将能量相关的参考值的空间分布(其优选地也是时间分布)计算为所述谱参数。例如，通过外插和/或内插针对未布置所述能量分辨参考探测器的位置和/或针对尚未确定能量相关的参考值的时间的能量相关的参考值能够被确定并用于计算能量相关的参考值的空间分布和/或时间分布。所述谱参数提供单元能够适于根据所生成的谱计算机断层摄影投影数据来确定能量相关的参考值的所述空间分布和/或所述时间分布，使得对于对应于被用于生成所述谱计算机断层摄影投影数据的探测器的对应探测元件的特定位置和/或特定采集时间的每个所生成的谱计算机断层摄影投影数据值而言，能量相关的参考值的所确定的空间分布和/或时间分布提供对应的能量相关的参考值。能量相关的参考值的该空间分布和/或时间分布可以被用于校正所述谱计算机断层摄影投影数据，其能够导致可以基于经校正的谱计算机断层摄影投影数据而重建的计算机断层摄影图像的另外的经改进的质量。

在实施例中，所述参考值生成设备包括：a)不同的荧光元件，其用于在所述多色辐射撞击在所述荧光元件上时发射荧光辐射，b)若干非能量分辨参考探测器，其被分配给若干不同的荧光元件，以便探测所述荧光辐射并基于所探测的荧光辐射来生成荧光探测值，以及c)能量相关的参考值生成单元，其用于基于所生成的荧光探测值来生成所述能量相关的参考值。优选地，所述不同的荧光元件包括由所述辐射设备所提供的多色辐射的谱内的不同能量处的K边缘。因此，所述荧光元件还能够被认为是K边缘元件。所述能量相关的参考值生成单元可以适于将荧光探测值建模为相应的荧光元件的荧光产量ω_k、针对相应的荧光元件的光电效应的吸收的线性吸收系数μ_k(E)和由所述辐射设备所提供的多色辐射Φ(E)的能量整合的(integrated)组合，并且适于基于所述模型、已知荧光产量ω_k、已知吸收系数μ_k(E)和所生成的荧光探测值来将所述多色辐射Φ(E)确定为能量相关的参考值。因此，所述能量相关的参考值可以通过使用非能量分辨参考探测器来确定，所述非能量分辨参考探测器一般地比能量分辨探测器技术上较不复杂、更容易生产并且因此较不昂贵。所述荧光元件优选在由所述辐射设备所提供的多色辐射的方向上布置在一条线上，其中，所述非能量分辨参考探测器被布置为探测由所述辐射设备所提供的的多色辐射的方向横向的探测方向上的荧光辐射。

在实施例中，所述参考值生成设备包括：a)非能量分辨探测器，其用于探测已经由所述辐射设备提供并且尚未穿过所述检查区的辐射并且用于基于所探测的辐射来生成非能量相关的探测值，和b)参考值生成单元，其用于基于所生成的非能量相关的探测值、光子的已知能量相关的数目、所述谱投影数据生成设备的已知能量相关的死区时间、已知能量相关的平均线性衰减和已知材料厚度，来生成所述能量相关的参考值。同样地，这允许通过使用非能量分辨参考探测器的能量相关的参考值的生成，其一般比能量分辨探测器在技术上较不复杂、更容易生产并且因此较不昂贵。在该实施例中，所述谱参数提供单元优选适于将所述能量相关的参考值提供为所述谱参数。

优选从先前的校准测量获知光子的所述能量相关的数目、所述能量相关的死区时间和所述能量相关的平均线性衰减，其中，优选针对校准材料的不同的厚度执行所述校准测量，所述校准材料优选是类水材料。

优选地，所述能量相关性涉及将相应的参数分配给相应的能量分组。例如，光子的所述能量相关的数目和所述能量相关的死区时间和所述能量相关的平均线性衰减分别优选是光子的能量分组相关的数目、能量分组相关的死区时间和能量分组相关的平均线性衰减。

在本发明的另一方面中，提出了一种谱计算机断层摄影系统，其中，所述谱计算机断层摄影系统包括：

-根据权利要求1所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统，以及

-重建单元，其用于基于所生成的谱计算机断层摄影投影数据来重建图像。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法，其中，所述方法包括：

-通过辐射设备提供用于穿过所述系统的检查区的多色辐射，

-通过谱投影数据生成设备基于已经穿过所述检查区之后的所述辐射来生成谱计算机断层摄影投影数据，

-通过参考值生成设备基于已经由所述辐射设备生成并且尚未穿过所述检查区的辐射来生成能量相关的参考值，并且

-通过谱参数提供单元基于所述能量相关的参考值来提供指示所述辐射设备的谱性质的谱参数。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于控制根据权利要求1所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统的计算机程序，其中，所述计算机程序包括用于在所述计算机程序运行在控制所述系统的计算机上时令所述系统执行根据权利要求14所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法的步骤的程序代码单元。

应当理解，根据权利要求1所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统、根据权利要求13所述的谱计算机断层摄影系统、根据权利要求14所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法以及根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别地，如在从属权利要求中所限定的。

应当理解，本发明的优选的实施例还能够是所述从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其他方面将从在下文中所描述的实施例而显而易见并且将参考在下文中所描述的实施例得以阐述。

附图说明

图1示意性并且示范性示出了谱计算机断层摄影系统的实施例，

图2示意性并且示范性示出了包括参考值生成设备的实施例的谱计算机断层摄影系统的辐射设备的实施例，

图3示意性并且示范性示出了辐射设备的阳极的实施例的顶视图，

图4示意性并且示范性图示了在辐射设备的阳极的实施例的成角表面上的不同的焦斑，

图5示意性并且示范性示出了阳极的实施例的成角表面的一部分的截面视图和撞击在成角表面上的该部分上的电子束，

图6至图8示意性并且示范性示出了参考值生成设备的其他实施例，

图9示意性并且示范性图示了具有在不同能量处的K边缘的不同材料的衰减，

图10示意性并且示范性图示了具有在不同能量处的K边缘的两个不同K边缘的组合的衰减，

图11示意性并且示范性示出了参考值生成设备的另一实施例，

图12示意性并且示范性图示了由辐射设备的实施例所提供的多色辐射的谱和具有在不同能量处的K边缘的不同材料的衰减谱的K壳层(shell)贡献，

图13示意性并且示范性地示出了参考值生成设备的另一实施例，

图14图示了所述谱投影数据生成设备的实施例的能量分辨谱计数探测器的输出计数率对施加到辐射设备的实施例的X射线管的管电流的相关性，并且

图15示出了示范性图示谱计算机断层摄影方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性并且示范性示出了用于生成对象的图像的谱计算机断层摄影系统的实施例。谱计算机断层摄影系统17包括支撑体1，其能够关于平行于z方向延伸的旋转轴R旋转。旋转设备2安装在支撑体1上，所述旋转设备2包括X射线管并且其适于提供用于穿过谱计算机断层摄影系统17的检查区5的多色辐射4。在该实施例中，辐射设备2适于将圆锥形辐射束4提供为多色辐射。在另一实施例中，辐射设备2能够适于提供具有另一射束形状(例如，具有扇形射束形状)的多色辐射。辐射4穿过诸如检查区5中的患者的对象(未示出)，所述检查区在该实施例中是圆柱形的。在已经穿过检查区5之后，辐射束4入射在谱投影数据生成设备6上，其包括二维探测表面。谱投影数据生成设备6被安装在支撑体1上。

谱计算机断层摄影系统17包括两个电机7、8。通过电机7以优选恒定但是可调节的角速度来驱动支撑体1。提供电机8以用于使对象(例如，布置在检查区5中的桌台上的患者)平行于旋转轴R或z轴的方向而位移。例如，电机7、8由控制单元9进行控制，使得辐射设备2和检查区5内的对象沿着螺旋形轨迹相对于彼此移动。然而，还可能的是，不移动检查区5内的对象，而是仅旋转辐射设备2，即辐射设备2相对于对象沿着圆形轨迹移动。

在辐射设备2相对于对象的移动期间，谱投影数据生成设备6基于入射在谱投影数据生成设备6的探测表面上的辐射4来生成谱计算机断层摄影投影数据。因此，辐射设备2、用于相对于对象移动辐射设备2的元件，尤其是电机7、8以及支撑体1和谱投影数据生成设备6能够被认为是用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统31的部件。

谱计算机断层摄影系统17，尤其是用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统31，还包括：参考值生成设备，其用于基于尚未穿过检查区5的辐射设备2的辐射来生成能量相关的参考值；谱参数提供单元12，其用于基于能量相关的参考值来提供指示辐射设备2的谱性质的谱参数；以及校正单元13，其用于基于所确定的谱参数来校正所生成的谱计算机断层摄影投影数据。重建单元14基于通过使用已知重建算法所生成的谱计算机断层摄影投影数据来重建计算机断层摄影图像。所述重建可以基于例如滤过反向投影技术、迭代重建技术、Radon逆变换技术等等。所述重建可以包括将谱计算机断层摄影投影数据分解为不同的分量，其可以与检查区5内的对象的不同材料和/或不同物理效应有关，并且基于颈分解的谱计算机断层摄影投影数据来生成一个或多个计算机断层摄影图像。例如，可以重建计算机断层摄影图像，其指示经分解的分量中的仅单个或若干经分解的分量。经重建的计算机断层摄影图像可以示出在显示器16上。同样地，所确定的谱参数可以示出在显示器16上，所述谱参数指示辐射设备2的谱性质。为了将谱计算机断层摄影投影数据分解为不同的分量，能够使用已知分解算法，像Physics in Medicine and Biology，第53卷，第4031至4047页(2008年)的J.P.Schlomka等人的“Experimental feasibility of multi-energyphoton-counting K-edge imaging in pre-clinical computed tomography”中所公开的算法，在此通过引用将其并入本文。

计算机断层摄影系统还包括像计算机鼠标、键盘、触摸板等的输入单元15，以便允许用户例如输入像开始或停止命令的命令和/或设定像采集和重建参数的参数。控制单元9还可以控制参考值生成设备、谱参数确定设备12、校正单元13和/或重建单元14。

谱投影数据生成设备6优选包括用于生成谱计算机断层摄影投影数据的光子计数探测器，其中，光子计数探测器优选包括像Cd(Zn)Te的直接转换材料。例如，在NuclearInstruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment，第648卷，附录1，第S211至S215页(2011年)的R.Steadman等人的“ChromAIX:Fast photon-counting ASIC for SpectralComputed Tomography”已知这样的光子计数探测器，在此通过引用将其并入本文。

图2示范性并且示意性更详细地图示了辐射设备2和参考值生成设备的实施例的部件。在该实施例中，辐射设备2包括具有电子束33撞击在其上的阳极32的辐射源，以便生成多色辐射34。所生成的多色辐射34由准直器35进行准直，以便生成圆锥形辐射束4。参考值生成设备的能量分辨参考探测器36、37被布置在准直器35与辐射源(即阳极32)之间，使得能量分辨参考探测器36、37不干扰圆锥形辐射束4并且探测不通过准直器35的多色辐射34。其可以布置在指向阳极32的准直器35的表面上。能量分辨探测器36、37优选具有与谱投影数据生成设备6的探测器相同的类型，即，优选地，能量分辨参考探测器36、37也是光子计数探测器。

在其他实施例中，参考探测器能够被布置在其他位置处。特别地，参考探测器能够连同蝶形结滤波器和/或谱滤波器集成在准直器箱中，其中，参考探测器能够被布置在滤波器之前和/或之后。此外，所述参考探测器能够被集成在X射线管的外壳中，尤其是靠近外壳或在外壳的X射线窗口中。此外，所述参考探测器能够被安装在支持具有X射线管的辐射设备2和谱投影数据生成设备6(尤其是靠近谱投影数据生成设备6)的旋转支撑体上，使得所述参考探测器能够探测尚未由待成像的对象阻挡，即尚未穿过检查区5的辐射。所述参考探测器还可以被安装在可以被附接到辐射设备2(尤其是X射线管和/或准直器箱)的固定装置、旋转支撑体等上，以便探测尚未穿过检查区5的辐射。

能量分辨参考探测器36、37被布置在不同的位置处，尤其是准直器开口的相对侧处，并且每个能量分辨参考探测器36、37包括探测像素的阵列，其中，不同的探测像素当然定位在不同的位置处。因此，能量分辨参考探测器36、37能够生成能量相关的参考值，其对应于不同的位置。此外，能量分辨参考探测器36、37能够生成能量相关的参考值，其对应于不同的时间，即对应于不同的采集时间。

参考值生成设备还包括计算单元38，其用于基于所生成的能量相关的参考值，将能量相关的参考值的空间分布和时间分布计算为谱参数。特别地，通过外插和/或内插，针对能量分辨参考探测器36、37尚未生成参考值的位置和/或时间来计算能量相关的参考值，以便计算能量相关的参考值的空间分布和时间分布。优选地，计算单元38适于计算针对准直器35的开口内的位置和/或针对已经采集谱计算机断层摄影投影数据的时间的参考值。

由能量分辨参考探测器36所生成的参考值可以通过表示，其中，E_i表示生成参考值的不同的能量，表示参考探测器36的探测像素的不同的x位置，表示参考探测器36的探测像素的不同的y位置，并且t_l表示参考值已经由参考探测器36生成的不同的时间。由参考探测器37所生成的参考值可以通过表示，其中，表示参考探测器37的探测元件的不同的x位置，并且表示参考探测器37的探测元件的不同的y位置。可以通过内插和/或外插计算的所计算的参考值优选对应于谱投影数据生成设备6的探测元件，其中，这些所计算的参考值可以通过表示，其中，表示谱投影数据生成设备6的探测元件的不同的x位置，并且表示谱投影数据生成设备6的探测元件的不同的y位置。谱参数提供单元12能够适于将所测量的参考值和和/或所计算的参考值提供为谱参数，因为这些参考值当然直接指示辐射设备2的谱性质。校正单元13能够适于基于所计算的参考值对谱计算机断层摄影投影数据进行校正。例如，通过划分已经针对特定能量、探测表面上的位置和时间而采集的相应的谱计算机断层摄影投影数据值、通过对应的参考值尤其通过将相应的谱计算机断层摄影投影数据值乘以对应的商能够对谱计算机断层摄影投影数据进行校正，其中，表示针对参考时间t₀的所计算的参考值。

所计算的参考值给出关于参考探测器而且关于主探测器(即，谱投影数据生成设备6)的位置以外插和/或内插方式的谱的空间分布。对来自参考探测器的数据的处理导致能够被用于分析位置相关的谱信息的信息随时间的谱改变和/或可能取决于X射线管的实际操作模式的随局部位置的谱改变，包括加速电压、发射电流、聚焦和射束成形和焦斑的位置的改变。差异以及时间相关的处理可以被用于历史相关的处理，而且也能够被用于性能的未来预测。特别地，所述参考值能够被保存和用于例如通过使用多变量回归形成随时间的谱退化的模型。在实施例中，该模型被用于预测未来系统的谱状态和/或例如预测性维护。

谱参数提供单元12还能够适于基于所测量的参考值和/或和/或所计算的参考值来计算指示辐射设备2的谱性质的其他实体。例如，能够确定由参考探测器36所测量的参考值与由参考探测器37所测量的参考值之间的差，其中，该差可以是平均差，即，可以针对参考探测器36来确定平均值，可以针对参考探测器37确定另一平均值，并且这些平均值可以从彼此中减去。所述平均值可以是时间平均和/或空间平均并且可以取决于能量，使得能够计算能量相关的平均差。还可能的是，谱参数提供单元12针对相同参考探测器36、37的每个探测元件来确定不同时间处所探测的参考值之间的差，其中，这些差被提供为谱参数。

存在能够导致包括X射线管的辐射设备的谱改变的若干过程。例如，阳极上的焦点轨迹可以示出归因于由高能电子射束引起的磨损和腐蚀的随时间的增加的表面粗糙度。所述粗糙度可以在阳极表面上是不均匀的，因为可以修改阳极上的电子束(即焦斑)，其可以导致不均匀的磨损和腐蚀。在实施例中，X射线管可以是双焦斑(DFS)X射线管，其中，焦斑在阳极上重复地位移使得辐射从两个或两个以上不同的位置发出和/或X射线管可以适于使用不同的焦斑大小。增加的表面粗糙度将导致辐射的硬化，因为较低的能量在粗糙化的阳极中比较高的能量更强烈地衰减，并且该效应随着增加的粗糙度增加。此外，谱改变能够由可以用在DFS的情况中的不同焦斑位置处的阳极表面上的电子束的不同的撞击角度和归因于阳极旋转场的无意的焦斑移动而造成。

图3示意性并且示范性示出了包括具有在图2和图5中所指示并且可能大约例如为7度的成角角度β的成角表面70。此外，在图3中，图示了焦斑区域71，其更详细地在图4中示出。图4图示了阳极32的成角表面70的一部分上的顶视图，其中，在焦斑区域71中，尤其是在X射线管是DFS管的情况下，则焦斑可以重复地移动到成角表面70上的不同的位置。图5示意性并且示范性示出了通过阳极32的一部分的截面视图，其中，在导致增加的足跟效应的成角表面70上示意性图示了粗糙度72。

辐射设备的多色辐射的谱还能够随着沿着扇角(即，相对于阳极表面70的角度)的位置而变化，因为沿着该方向的辐射的自吸收(即足跟效应)对由辐射设备所提供的多色辐射的谱的较低能量部分具有较大的影响并且对谱的较高能量部分具有较小的影响。由于足跟效应，X射线强度还随着相应的X射线与阳极表面70之间的减少的角度而减少。足跟效应的影响随着在管寿命期间增加的阳极表面粗糙度而增加。对于这些效应的外插而言，具有由辐射设备2所提供的多色辐射的谱的角分布的详细理解可以是有帮助的。

计算机断层摄影系统，尤其是参考图1和图2上文所描述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统，优选适于确定随着时间和位置的管输出谱的变化。为了确定随着时间和位置的管输出谱，使用包括若干探测元件(即，探测像素)的两个参考探测器36、37。然而，在另一实施例中，还可能的是，使用具有若干探测元件(即探测像素)的仅一个能量分辨参考探测器或使用两个或两个以上能量分辨参考探测器，其中，每个能量分辨参考探测器仅包括单个探测元件。因此，至少两个探测像素能够被用作用于生成参考探测值的能量分辨探测器，其中，至少两个探测像素当然布置在不同的位置处。所述参考探测值能够被用于解释例如在管寿命期间将增加的足跟效应，即，随着在相应的X射线束与阳极表面之间的减少的角的强度下降将在管寿命期间变得越来越显著。此外，谱硬化将随着时间并且随着在相应的X射线束与阳极表面之间的减少的角而增加。

谱计算机断层摄影系统优选适于估计随着时间并且随着位置的谱改变并且使用这些估计的改变以用于在图像重建期间的校准，即，用于在使用相同内容以重建图像之前对所生成的谱计算机断层摄影投影数据进行校正。该估计优选基于被布置在X射线管的阳极与准直器之间的两个或两个以上参考探测器，其中，这些参考探测器中的至少一个提供能量相关的参考值。所述参考探测器优选被定位在谱计算机断层摄影系统中的固定地点处并且优选包括滤波器元件，其用于在待由参考探测器探测的辐射撞击在所述参考探测器的探测表面上之前对其进行过滤以便确保待探测的辐射在由参考探测器可探测的强度范围之内。校正单元能够适于逐帧地校正谱计算机断层摄影投影数据。特别地，针对每个帧，即针对已经采集相应的帧的采集时间，能够估计参考值的空间分布并且将其用于校正相应的帧。还可以存储所述参考值，以便执行例如基于直方图或多变量回归的分析，其能够被用于阳极老化的趋势分析以及焦点、谱和强度退化监测和预测。

能够针对若干成像系统存储和分析像根据这些所计算的的能量和空间分辨参考值和/或校正因子。分析方法可以包括，但不限于，机器学习算法、支持向量机、神经网络、多变量回归和直方图分析。通过这种方式，能够建立谱、强度和/或焦斑大小退化的模型。这样的模型能够被用在对X射线源或成像系统的监测中以便提供退化预测，其对于主动式服务并且例如对于最小化无计划的停机时间是有用的。

由准直器与X射线管的阳极之间的参考探测器所生成的能量相关的参考值优选不仅被用于校正谱计算机断层摄影投影数据，并且还用于提供系统状态信息。对于处理能量相关的参考值所使用的数据处理优选包括分割以，便出于这两个不同的目的使用能量相关的参考值。

例如，用于监测辐射设备的谱性质的技术能够被用于医学成像系统中的X射线管、材料分析和质量保证系统以及行李扫描系统和其他安全系统。

图6示意性并且示范性图示了参考值生成设备40的另一实施例，其可以类似于图2中所图示的参考探测器的布置而被布置在准直器与辐射设备的X射线管的阳极之间或者被布置在能够探测尚未穿过检查区5的辐射设备2的辐射的另一位置处。

参考值生成设备40包括两个K边缘元件42、43，其具有在多色辐射41的谱内的不同能量处的K边缘。K边缘元件42、43被布置在能量分辨参考探测器44的探测表面上，使得辐射41在由参考探测器44探测之前由K边缘元件42、43进行过滤。参考探测器44包括在阴极73与像素化阳极46之间的像Cd(Zn)Te的直接转换晶体。像素化阳极46被连接到能量分辨光子计数专用集成电路(ASIC)47，以便生成能量相关的参考值。在图6中所示的范例中，K边缘元件42、43被并排布置在参考探测器44的探测表面上。此外，在该范例中，K边缘元件42是碘，并且K边缘元件43是钆。两个K边缘元件42、43能够以与X射线管的倾斜阳极32的法线相同角度放置，以便不混淆关于归因于增加的足跟效应的位置灵敏度的结果。

在图6中，示意性图示了两个K边缘元件42、43被放置在参考探测器44上的两个不同的区域上。然而，K边缘元件还能够以另一种方式被布置在参考探测器44上。例如，如图7中示意性并且示范性图示的，两个K边缘元件52、53可以在彼此之上被布置在参考探测器44的探测表面上，即，其可以形成被布置在参考值生成设备50的参考探测器44的探测表面上。在图7中所示的范例中，K边缘元件52可以是钆，并且K边缘元件53可以是碘。所述参考值生成设备还可以包括超过两个K边缘元件，尤其是三个K边缘元件。此外，可以并排地并且在彼此之上布置不同的K边缘元件，如图8中示意性并且示范性图示的。

图8中示意性并且示范性图示的参考值生成设备51包括三个K边缘元件42、43、49，其中，两个K边缘元件42、43被并排地布置在参考探测器44的探测表面上，并且第三K边缘元件49被布置在第一K边缘元件42和第二K边缘元件43二者之上。在该范例中，第一K边缘元件42可以是碘，第二K边缘元件43可以是钆，并且第三K边缘元件49可以是铅。

谱参数提供单元12能够适于：a)基于K边缘存在的能量处的谱参考值来确定谱参数，和/或b)通过概括针对小于K边缘存在的最低能量的能量和/针对不同的K边缘存在的能量之间的能量和/或针对大于K边缘存在的最大能量的能量的谱参考值来计算不同的加和值，并且基于所述加和值来确定谱参数。例如，谱参数提供单元12能够适于基于K边缘存在的不同能量处的谱参考值的比率来确定谱参数。此外，谱参数提供单元12能够适于基于加和值的比率来确定谱参数。特别地，能够针对不同的时间来确定加和值的比率和/或K边缘存在的不同能量处的谱参考值的比率，并且能够比较针对不同的时间所确定的比率，以便确定指示随时间多色辐射的谱的改变的谱参数。

为了分解谱计算机断层摄影投影数据并使用经分解的谱计算机断层摄影投影数据以重建计算机断层摄影图像，由辐射设备所提供的多色辐射的谱和谱投影数据生成设备的探测系统的谱响应需要是已知的。如上文已经提到的，在管寿命期间，撞击的电子束能够腐蚀阳极上的焦点轨迹，这引起增加的表面粗糙度和小轨迹。这能够导致随时间的管输出剂量的减少并且也引起谱硬化以及归因于粗糙阳极中的较低能量处的增加的自吸收的增加的足跟效应。因此，谱计算机断层摄影系统优选适于评估谱改变以便校正系统的假定的谱响应。通过连续地监测管的谱输出，能够采取措施补偿管的标称谱输出的改变并且从而避免随时间由这些改变所引起的图像伪影，尤其是由谱的硬化所引起的图像伪影。为了获得谱管退化的可量化度量，K边缘滤波器(即上文所提到的K边缘元件)能够被放置在能量分辨参考探测器上。滤波器的使用还影响参考探测器上的撞击谱。然而，K边缘特征的分析允许通过限制对坐落在不同的能量处的两个或两个以上K边缘的相对差或比率的评价的分析来忽略滤波器对撞击谱的效应，尤其是硬化效应，其中，优选至少两个不同的材料被用于K边缘元件，其中，第一材料具有较低能量K边缘位置，并且第二材料具有较高能量K边缘位置。

因此，可以使用由展示针对计算机断层摄影应用的相关能量范围(其可以是从大约25keV到160keV)内的K边缘不连续性的材料所引起的K衰减/边缘的谱足迹。这些材料的目的是不仅减少通量，而且使得能够探测和量化所得到的探测谱中的K边缘。图9示意性并且示范性示出了取决于具有相关谱范围中的K边缘的不同材料的以keV为单位的能量E的任意单位的衰减系数μ。在图9中，线74指示具有33.2keV处的K边缘的碘的衰减系数，线75指示具有50.2keV处的K边缘的钆的衰减系数，线76指示具有88.0keV处的K边缘的铅的衰减系数，并且线77指示具有80.7keV处的K边缘的金的衰减系数。

能量分辨参考探测器能够量化被放置在能量分辨参考探测器的探测表面上的材料的K边缘特性。为了评估管谱退化，谱参数提供单元12能够适于连续地监测存在于由参考值生成设备所生成的能量相关的参考值中的K边缘不连续性。展示归因于例如阳极退化的硬化谱的管将使得例如碘的K边缘步长相对于例如坐落在较高能量处的钆的K边缘步长变得更小。因此，能够评价两个或两个以上K边缘步长的相对差，并且评价结果能够被用作给定管的谱退化的指示的谱参数。由于在该范例中仅考虑K边缘不连续性中间的比率的相对改变，因而由K边缘滤波器所引起的谱硬化是不相关的。

能量分辨参考探测器的探测表面上的K边缘元件优选覆盖一个或多个探测元件，即能量分辨参考探测器的探测像素。优选选择K边缘元件的厚度，使得到达能量分辨参考探测器的探测表面的光子速率足够高以用于提供好的统计结果但是不太高，以便不使能量分辨参考探测器饱和。K边缘元件能够被布置在如参考图6至图8上文所描述的能量分辨参考探测器的探测表面上或者其能够以另一方式进行布置。特别地，能够使用多个K边缘材料，其中，两个、三个或更多个K边缘材料能够被布置在能量分辨参考探测器的探测表面上，其中，探测表面上的这些K边缘材料的布置可以是如参考图6至图8上文所描述的或者其可以以另一种方式进行布置。

所生成的参考值可以不仅被用于评估寿命期间的管的谱退化，而且用于根据由辐射设备所提供的辐射的实时通量来提供用于生成谱计算机断层摄影投影数据的参考信号。因此，该实时通量能够由校正单元用于校正所生成的谱计算机断层摄影投影数据。在下文中，将示范性地描述谱参数，其可以由谱参数提供单元12确定以便定量地评估管的谱质量的退化。

图10示出了指示针对同一射束的碘和钆的滤波器组合的衰减系数μ的相关性的线，即具有在彼此之上的对应的K边缘元件，例如，如图7中示意性并且示范性图示的。归因于老化的射束的硬化影响能量分辨参考探测器的谱中所探测的功率的比率，即影响相应地高于和低于碘和钆的K边缘的对应的所生成的能量相关的参考值。谱参数提供单元12能够适于确定利用高达碘(B1)的K边缘的能量配准的计数和(即参考值)、利用碘的K边缘与钆(B2)之间的能量配准的计数和以及利用钆(B3)的K边缘的以上能量配准的计数和。所述谱参数提供单元还可以适于将比率B1/B2和比率B2/B3计算为指示辐射设备的谱性质的谱参数，所述比率B1/B2指示谱的低能量方案中的射束硬化，并且所述比率B2/B3指示谱的中能量方案中的射束硬化。这些比率能够与递送时的相应的比率相比较。如果以上比率与递送时的标称比率偏离了预定义值，则管质量可能不足以保证足够的谱性能。在这种情况下，可以借助于处理或管替换来采取计数器措施。相同结果能够通过迫使参考探测器获得以提供起因于阈值扫描(即，能量扫描)的谱。这能够以规则间隔执行以评价K边缘特征周围的计数的下降，即利用阈值扫描，小能量窗能够被用于获得必要的信息。

当执行阈值扫描时，一个或多个阈值能够以离散步长增加。例如，单个阈值能够随后增加(或减少)以对每个单个位置处的所探测的计数的数目进行配准。这样的扫描的结果是累计谱，即，在区分之后能够获得由探测器所分解的实际谱。此外，备选地，可以使用两个或两个以上的阈值。增加这两个阈值同时导致更好统计质量的区分的谱，即，由于这两个阈值“看到”相同噪声，因而有效地消除了相关噪声。

使用K边缘元件具有以下优点：像比率B1/B2和B2/B3的比率能够是相对大并且能够以相对高的信噪比探测。能量相关的参考值能够被本地或远程地记录并且被用作磨损的度量和实时地或例如以特定时间间隔分析管的使用对其谱性能/退化的影响。高于特定预定义阈值的谱退化可以被传递给服务组织和/或顾客并且被用于触发例如替换部件的服务调度和主动运送。因此，所述谱计算机断层摄影系统能够提供与例如阳极和剂量退化有关的管故障的早期探测。

在另一实施例中，谱计算机断层摄影系统17可以包括参考值生成设备60，如图11中示意性并且示范性图示的。特别地，参考值生成设备60可以包括不同的荧光元件63，其用于当通过使用用于使多色辐射准直的准直器79已经生成的多色辐射束61撞击在荧光元件63上时发射荧光辐射64。参考值生成设备60还包括若干非能量分辨参考探测器62，其被分配至若干不同的荧光元件63以便探测荧光辐射64并且基于所探测的荧光辐射64来生成荧光探测值。

不同的荧光元件63包括由辐射设备2所提供的多色辐射的谱内的能量处的K边缘。因此，荧光元件还63能够被认为是K边缘元件。荧光元件63在多色射束61的方向上布置在一条线上，其中，对非能量分辨参考探测器62进行布置使得其探测多色射束61的方向横向的探测方向上的荧光辐射64。沿着由辐射设备2所提供的辐射61对荧光元件63进行布置，使得具有最低K边缘能量的荧光元件63首先由射束61辐射，跟随有具有第二最低K边缘能量的一个等。在射束61已经通过最后的荧光元件63之后，其由射束阻挡器65阻挡。参考值生成设备60能够包括在各种位置处的其他准直器78和/或射束阻挡器，以便使荧光信号最大化，同时减少到达非能量分辨参考探测器62的非荧光辐射的量。为了优化在个体荧光元件63处的有效初始通量，后续的荧光元件63可以包括相同或不同截面的孔。特别地，孔的截面可以在入射束61的下游减小。在实施例中，在不同的荧光元件中的孔可以在射束61的方向横向的方向上彼此偏移，或者非能量分辨参考探测器和荧光元件的后续对可以尤其在图11中所示的绘图平面中或在绘图平面外彼此横向位移。

因此，参考值生成设备因此优选包括集成(即，非能量分辨)参考探测器的阵列，其优选是基于闪烁体的，组合荧光元件的阵列，其还可以被认为是荧光目标。每个荧光元件的荧光输出由个体非能量分辨参考探测器探测，以便分析由辐射设备2所提供的初级光子通量的谱分布。

荧光元件63被用于探查由具有不同的谱窗口的辐射设备2所提供的多色辐射的谱，即，探查谱的不同的谱部分。这示意性并且示范性图示在图12中，图12示出了X射线管的过滤谱81和对于不同的荧光元件63的任意单位的衰减系数μ的K壳层贡献的能量相关性，其中，线82涉及锡，线83涉及钆，线84涉及钨并且线85涉及铅。

荧光元件63的K边缘应当在由辐射设备2所提供的多色辐射的谱的能量范围中。优选的荧光K边缘材料是具有在10.3keV处的K边缘的镓、具有在11.1keV处的K边缘的锗、具有在19.0keV处的K边缘的铌、具有在25.5keV处的K边缘的银、具有在29.2keV处的K边缘的锡、具有在37.4keV处的K边缘的钡、具有在50.2keV处的K边缘的钆、具有在61.3keV处的K边缘的镱、具有在67.4keV处的K边缘的钽、具有在69.5keV处的K边缘的钨、具有在80.7keV处的K边缘的金、具有在88.0keV处的K边缘的铅和具有在90.5keV处的K边缘的铋。当然，荧光元件63还能够包括其他荧光材料，其具有由辐射设备2所提供的多色辐射的谱内的K边缘。

荧光元件63优选是箔，其是相对薄的，例如，其具有大约100μm的厚度，并且其被布置在相对于来自辐射设备2的初级射束61的45度的角处。此外，优选在与初级射束为90度的角下探测荧光。

参考值生成设备60还包括能量相关的参考值生成单元66，其用于基于所生成的荧光探测值来生成能量相关的参考值。特别地，能量相关的参考值生成单元66适于将荧光探测值建模为相应的荧光元件的荧光产量ω_K、针对相应的荧光元件的光电效应的吸收的线性吸收系数μ_K(E)和由辐射设备2所提供的多色辐射Φ(E)的能量整合的组合，并且基于模型、已知荧光产量ω_K、已知吸收系数μ_K(E)和所生成的荧光探测值，将多色辐射确定为能量相关的参考值。因此，能量相关的参考值生成单元66可以适于使用以下等式以确定能量相关的参考值：

Y_K＝∫dEY_K(E)Φ(E)＝∫dEω_Kμ_K(E)Φ(E) (1)

其中，Y_K表示相应的荧光元件的K壳层荧光产量，即，相应的荧光探测值指示来自相应的K边缘元件63的荧光辐射。K壳层电子μ_k的光电效应的吸收的线性吸收系数可以被解释为给定谱通道的分组灵敏度。

谱成像能够改进例如医学成像。例如，可以将造影剂与组织更好地区分和/或可以更好地区分不同种类的组织。为了对这些不同的材料进行区分，优选分解谱计算机断层摄影投影数据，其中，该分解取决于由辐射设备所提供的多色辐射的谱。为了提供该谱并且也为了监测例如一个阳极旋转期间的短时间尺度上的X射线管输出并且在长时间尺度上为了监测阳极的退化或者为了分析阳极上的不同的轨迹，可以使用关于图11上文所描述的参考值生成设备60，其中，能够以高通量使用的常规积分探测器技术被应用于最后确定针对不同的谱通道的强度，即，最后生成能量相关的参考值。

所生成的能量相关的参考值能够被用于确定辐射设备2的总光子输出的改变的起源。例如，通过电子产生、射束成形改变、取决于阳极上的焦斑的时间、位置和大小的阳极的自吸收的改变等引起总光子输出的这些改变。如果通过电子产生引起总光子输出的改变，则其可以由被用于产生电子束的电压和/或电流的不稳定性或由冷发射引起。如果所生成的谱参考值指示输出以相同的方式在所有谱通道中减少，则阳极吸收已经增加是不可能的，然而，如果谱输出针对不同的谱通道不同地改变，则该改变由阳极的自吸收的改变引起是可能的。能够提供定义针对基于所生成的能量相关的参考值的总光子输出的改变的可能原因的规则，其中，这些规则能够由例如谱参数提供单元12或谱计算机断层摄影系统的另一单元用于确定总光子输出的改变的原因。

在另一实施例中，在图13中示意性并且示范性图示的参考值生成设备70被用于基于由辐射设备2所提供的尚未穿过检查区5的辐射来生成能量相关的参考值。参考值生成设备70包括非能量分辨探测器72，其用于探测已经由辐射设备2提供并且尚未穿过检查区5的辐射并且用于基于所探测的辐射来生成非能量相关的探测值。参考值生成设备70还包括参考值生成单元73，其用于基于所生成的非能量相关的探测值、光子的已知能量分组相关的数目n_0,b、谱投影数据生成设备6的已知能量分组相关的死区时间τ_b、已知能量分组相关的平均线性衰减系数μ_b和已知材料厚度D，来生成能量相关的参考值。优选从先前的校准测量获知这些能量分组相关的参数，其中，优选依赖于探测器的相应像素来执行校准测量。例如，其能够通过扫描针对不同厚度的类水材料来执行。优选地，从基于来自待成像的对象的实际扫描的空间投影数据执行的估计和已知能量分组相关的参数n_0,b、τ_b和μ_b来获知材料厚度D。

计算机断层摄影中的参考探测器的使用是预处理扫描原始数据(即，投影数据)以便补偿管输出荧光或成拱的现有技术措施。主要思想在于，参考探测器被放置在接近X射线管或接近数据测量系统(DMS)(即，接近投影数据生成设备)的某处，以便感测管输出的时间相关的波动或归因于管成拱的强度的突然下降。由于参考探测器通常具有像计算机断层摄影探测器自身的闪烁器类型，因而由参考探测器拾取的波动指示由DMS自身拾取的波动对于极好的扩展有效。换言之，如果特定探测器像素上的所测量的强度n通过比尔定律与源n₀的强度有关，则忽略射束硬化效应

n＝n₀e^-μD， (2)

由使管输出波动所引起的n和n₀中的波动通过下式相关：

$\frac{\mathrm{\δ}n}{n}=\frac{{\mathrm{\δn}}_0}{n_0}---\left(3\right)$

因此，在假定管输出波动由参考探测器(δI/I)以相同的方式拾取的情况下，能够基于当前参考探测器读数执行对于DMS的所有像素的原始数据n的以下校正：

$\mathrm{\δ}n=-\frac{\mathrm{\δ}I}{I}n.---\left(4\right)$

减号指示正的所测量的相对强度波动必须引起像素中的所测量的读数的负的校正。

然而，参考等式(2)至(4)上文所描述的流程不仅对于经受高水平的拾取的能量分辨光子计数探测器失效，而且能够通过检查能量分辨光子计数探测器的所测量的输出计数率(OCR)对施加到X射线管的管电流的相关性看到使情况更糟，如图14中所描绘的。在图14中，m表示任意单位的OCR，并且TC表示以mA为单位的管电流。如从该附图清楚的，如由积分所拾取的X射线强度波动δI/I，即非能量分辨参考探测器不能够被用于以与等式(4)中所表达的类似的方式来校正对于整个动态范围的OCR。对于其中标称管输出对应于250mA但是电弧作用事件有效地使得积分强度到仅150mA的情况而言，当前参考探测器读数将提出将增加当前光子计数探测器读数(OCR)的当前帧的校正，然而OCR将需要向着较低值进行校正，如能够从图14理解的。因此，当结合能量分辨光子计数DMS使用积分参考探测器时，存在对于更复杂的流程的需要。

能够经由以下关系以对于一侧能量分组的麻痹性、无射束硬化前向模型表示根据记录源强度ln(n_0,b)和长度D的类水吸收体的衰减和线性衰减系数μ_b的能量分辨光子计数探测器期望的记录OCR：

$ln\left(m_b\right)=ln\left(n_{0,b}\right)-{\mathrm{\μ}}_{b}D-n_{0,b}{\mathrm{\τ}}_b{e}^{-{\mathrm{\μ}}_{b}D},---\left(5\right)$

其中，τ_b表示对于分组b的有效死区时间。通过取得关n_0,b的等式(5)的导数，源输出中的波动能够与m_b(OCR)中的波动相关：

$\frac{{\mathrm{\δm}}_b}{m_b}=\frac{{\mathrm{\δn}}_{0,b}}{n_{0,b}}(1-n_{0,b}{\mathrm{\τ}}_b{e}^{{\mathrm{\μ}}_{b}D})---\left(6\right)$

由此，跟随参考探测器以与DMS自身相同的方式拾取管输出的改变的假定(如参考等式(2)至(4)示范性描述的积分计算机断层摄影情况中所假定的)：

$\frac{{\mathrm{\δn}}_{0,b}}{n_{0,b}}=\frac{\mathrm{\δ}I}{I}---\left(7\right)$

能够立即获得对于该能量分组的所要求的参考探测器校正：

$\frac{{\mathrm{\δm}}_b}{m_b}=-\frac{\mathrm{\δ}I}{I}(1-n_{0,b}{\mathrm{\τ}}_b{e}^{-{\mathrm{\μ}}_{b}D})---\left(8\right)$

通过等式(8)中的减号，再考虑所测量的波动和校正具有相反符号(在线性近似方案中)的事实。等式(8)的右手边可以被认为定义能量相关的参考值，即，能量分组相关的参考值，其是基于所生成的非能量相关的探测值、光子的能量分组相关的数目n_0,b、能量分组相关的死区时间τ_b、能量分组相关的平均线性衰减μ_b和材料厚度D来确定的。等式(8)优选被独立地应用于探测器的每个像素，但是具有非谱参考探测器的相同相对读数。其能够被用于校正在存在堆积的情况下的管波动。

等式(8)正确地考虑图14中所图示的OCR对管电流的相关性。对于低管通量n_0,b和/或具有小死区时间τ_b和/或大衰减μ_bD的探测器(或分组)而言，圆括号中的第二项与单位一相比较是可忽略的，并且等式(8)减少到针对积分情况的等式(4)。这是其中计数探测器对低于图14中的大约25mA的电流的通量改变线性地反应的方案。对于高管通量n_0,b和/或具有大死区时间τ_b的探测器(或分组)和/或几乎没有衰减μ_bD而言，等式(8)中的圆括号中的第二项主导第一项。在该后者情况下，所述校正根据期望来改变符号。在(或稍微围绕)其中两个项取消(接近OCR最大值)的单数情况中，管波动对m_b没有影响并且因此不需要应用校正。

与针对积分情况的等式(4)相比较，等式(8)中所表达的针对能量分辨光子计数探测器的参考探测器归一化中的一个重要差异在于，针对相应的能量分组的平均线性衰减μ_b、有效死区时间τ_b和n_0,b需要在校正之前获知。然而，如上文已经提到的，这能够容易地实现并且通常从针对不同长度D的类水材料的一系列校准扫描来获得。在校准n_0,b之后，τ_b和μ_b对于所有分组是已知的。如果现在执行扫描，则分组原始数据{n}_b，即，待成像的实际扫描的谱计算机断层摄影投影数据，能够被用于估计有效材料厚度D。一旦D是已知的，则参考探测器校正能够被应用于所有能量分组，并且能够执行新的重建。当然，以上流程能够迭代地重复，但是期望非常迅速地收敛。

在下文中，将参考图15中所示的流程图示范性地描述谱计算机断层摄影方法的实施例。

在步骤101中，通过辐射设备2提供穿过检查区5的多色辐射，并且通过谱投影数据生成设备6基于已经穿过检查区5之后的辐射来生成谱计算机断层摄影投影数据，同时辐射设备2围绕被布置在检查区5中的待成像的对象周围旋转。此外，在步骤101中，通过参考值生成设备基于已经由辐射设备2生成并且尚未穿过检查区5的辐射来生成能量相关的参考值。在步骤102中，通过谱参数提供单元12基于能量相关的参考值来确定指示辐射设备2的谱性质的谱参数，并且在步骤103中，校正单元13基于所确定的谱参数来校正所生成的谱计算机断层摄影投影数据。例如，作为谱参数，可以针对对应于已经生成谱计算机断层摄影投影数据的位置和针对已经采集谱计算机断层摄影投影数据的时间来确定能量相关的参考值的空间分布和时间分布，其中，能量相关的参考值的该空间分布和时间分布能够被用于校正谱计算机断层摄影投影数据。或者，上文所描述的k边缘相关的比率能够被确定并且被用于校正谱计算机断层摄影投影数据。在步骤104中，经校正的谱计算机断层摄影投影数据由重建单元14用于重建计算机断层摄影图像，并且在步骤105中，经重建的计算机断层摄影图像被示出在显示器16上。

步骤101至103还能够被认为是用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法的步骤。此外，所述方法能够包括像输出所确定的谱参数和/或存储所确定的谱参数的其他步骤，其中，所输出和/或所存储的所确定的谱参数能够被用于指示辐射设备的谱性质的改变，其可以要求例如辐射设备的替换。

通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

可以通过任何其他数目的单元或设备执行由一个或若干单元或设备所执行的像指示辐射设备的谱性质的谱参数的确定、基于所确定的谱参数对谱计算机断层摄影投影数据的校正、计算机断层摄影图像的重建等等的流程。这些操作和/或根据计算机断层摄影方法的计算机断层摄影系统的控制和/或根据用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法的谱计算机断层摄影投影数据的装置的控制可以实现为计算机程序的程序代码装置和/或专用硬件。

计算机程序可以存储/分布在诸如连同其他硬件或者作为其一部分提供的光学存储介质或固态介质的适合的介质上，而且可以以诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统的其他形式分布。

权利要求中的附图标记不得被解释为对范围的限制。

本发明涉及一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统。包括能量分辨探测器的谱投影数据生成设备基于在已经由辐射设备提供的已经穿过检查区之后的多色辐射来生成谱计算机断层摄影投影数据，并且参考值生成设备基于尚未穿过检查区的辐射了生成能量相关的参考值。谱参数提供单元基于能量相关的参考值来提供指示辐射设备的谱性质的谱参数。特别地，可以随时间监测辐射设备的谱性质，其中，该信息能够被用于例如校正谱计算机断层摄影投影数据和/或如果指示辐射设备的不期望的谱性质，则触发辐射设备的替换。

Claims (15)

1.一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统，所述系统包括：

-辐射设备(2)，其用于提供用于穿过所述系统(31)的检查区的多色辐射(4、34)，

-谱投影数据生成设备(6)，其包括用于基于已经穿过所述检查区(5)之后的所述辐射(4；34)来生成谱计算机断层摄影投影数据的能量分辨探测器，

-参考值生成设备(36、37、38；40；50；51；60；70)，其用于基于尚未穿过所述检查区(5)的辐射(34；41；61)来生成能量相关的参考值，以及

-谱参数提供单元(12)，其用于基于所述能量相关的参考值来提供指示所述辐射设备(2)的谱性质的谱参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统(31)还包括校正单元(13)，所述校正单元用于基于所确定的谱参数来校正所生成的谱计算机断层摄影投影数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考值生成设备(36、37；40；50；51)包括能量分辨参考探测器(36、37；44)，所述能量分辨参考探测器用于探测所述辐射(34；41)并且用于根据所探测的辐射来生成所述能量相关的参考值。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述谱投影数据生成设备(6)的所述能量分辨探测器和所述能量分辨参考探测器(36、37；44)具有相同的类型。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述辐射设备(2)包括用于发射所述多色辐射(34；41)的辐射源(32、33)和用于使所发射的多色辐射(4)准直的准直器(35)，其中，所述能量分辨参考探测器(36、37；44)被布置在所述辐射源(32、33)与所述准直器(35)之间。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考值生成设备(40；50；51；60)包括具有由所述辐射设备(2)所提供的所述多色辐射的所述谱内的能量处的K边缘的K边缘元件(42、43、49；52、53；63)，其中，所述参考值生成设备(40；50；51；60)和所述辐射设备(2)被布置为使得由所述辐射设备(2)所发射的多色辐射撞击在所述K边缘元件(42、43、49；52、53；63)上，其中，所述参考值生成设备(36、37；40；50；51；60)适于基于来自所述K边缘元件(42、43、49；52、53；63)的所述辐射来生成所述能量相关的参考值。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述参考值生成设备(40；50；51)包括能量分辨参考探测器(44)，其中，所述参考值生成设备(40；50；51)和所述辐射设备(2)被布置为使得已经穿过所述K边缘元件(42、43、49；52、53)并且因此已经由所述K边缘元件(42、43、49；52、53)过滤的所述辐射是能由所述能量分辨参考探测器(44)探测到的，其中，所述能量分辨参考探测器(44)适于基于探测到的辐射来生成所述能量相关的参考值。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述参考值生成设备(40；50；51)包括具有在由所述辐射设备(2)所提供的所述多色辐射的所述谱内的不同能量处的K边缘的若干K边缘元件(42、43、49；52、53)，以用于在由所述能量分辨参考探测器(44)探测之前过滤所述辐射，其中，所述谱参数提供单元(12)适于：a)基于所述K边缘存在的能量处的所述谱参考值来确定所述谱参数，和/或b)通过概括针对小于K边缘存在的最低能量的能量和/或针对不同K边缘存在的能量之间的能量和/或针对大于K边缘存在的最大能量的能量的谱参考值来计算一个或若干加和值，并且基于所述一个或若干加和值来确定所述谱参数。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考值生成设备(36、37、38)适于生成针对不同位置和/或时间的能量相关的参考值，其中，所述谱参数提供单元(12)适于基于所生成的能量相关的参考值将能量相关的参考值的空间分布和/或时间分布计算为所述谱参数。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考值生成设备(60)包括：

-不同的荧光元件(63)，其用于当所述多色辐射撞击在所述荧光元件(63)上时发射荧光辐射(64)，

-若干非能量分辨参考探测器(62)，其被分配给若干不同的荧光元件(63)，以便探测所述荧光辐射(64)并且基于探测到的荧光辐射(64)来生成荧光探测值，以及

-能量相关的参考值生成单元(66)，其用于基于所生成的荧光探测值来生成所述能量相关的参考值。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述能量相关的参考值生成单元(66)适于将荧光探测值建模为各自的荧光元件的荧光产量ω_K、针对所述各自的荧光元件的光电效应的吸收的线性吸收系数μ_K(E)和由所述辐射设备(2)所提供的所述多色辐射Φ(E)的能量整合的组合，并且所述能量相关的参考值生成单元适于基于模型、已知荧光产量ω_K、已知吸收系数μ_K(E)和所生成的荧光探测值来将所述多色辐射Φ(E)确定为能量相关的参考值。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考值生成设备(70)包括：

-非能量分辨探测器(72)，其用于探测已经由所述辐射设备(2)提供并且尚未穿过所述检查区(5)的所述辐射，并且用于基于探测到的辐射来生成非能量相关的探测值，以及

-参考值生成单元(73)，其用于基于所生成的非能量相关的探测值、光子的已知能量相关的数目n_0,b、所述谱投影数据生成设备(6)的已知能量相关的死区时间τ_b、已知能量相关的平均线性衰减μ_b和已知材料厚度D来生成所述能量相关的参考值。

13.一种谱计算机断层摄影系统，包括：

-根据权利要求1所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统(31)，以及

-重建单元(14)，其用于基于所生成的谱计算机断层摄影投影数据来重建图像。

14.一种用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法，所述方法包括：

-由辐射设备(2)提供用于穿过系统的检查区(5)的多色辐射(4)，-由包括能量分辨探测器的谱投影数据生成设备(6)基于已经穿过所述检查区(5)的所述辐射来生成谱计算机断层摄影投影数据，

-由参考值生成设备(36、37；40；50；51；60；70)基于已经由所述辐射设备(2)生成并且尚未穿过所述检查区(5)的辐射来生成能量相关的参考值，并且

-由谱参数提供单元(12)基于所述能量相关的参考值来提供指示所述辐射设备(2)的谱性质的谱参数。

15.一种用于控制根据权利要求1所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的系统的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序运行在控制所述系统的计算机上时，令所述系统执行根据权利要求14所述的用于生成谱计算机断层摄影投影数据的方法的步骤。