[發明專利]計算機斷層攝影X-射線顯微鏡系統中譜表征的方法和系統

有效

• 申請號: 201710178999.2
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107228865B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 黃志峰;托馬斯·A·凱斯;洛倫斯·B·斯蒂格
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司X射線顯微鏡公司
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄧云鵬

一種用于斷層重建、束硬化校正、雙能量CT和系統診斷等等的譜測量和估計方法，包括確定源加速電壓、預濾器和/或檢測器的組合的譜，并且在測量多個預濾器的透射值以后計算所述源加速電壓、預濾器和/或檢測器組合的校正譜。

背景技術

X-射線計算機斷層攝影(CT)是一種用于檢查和分析樣品的內部結構的非破壞性技術。一般來說，當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檢測。在檢測器系統形成的圖像被稱為X-射線投影。經由標準的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據集。

某些X-射線CT系統使用多色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(實驗室光源)、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-射線的根據能量的分布規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相切的角度釋放出強烈的“白色”的多色輻射。該射束包括從柔和的紫外線到強烈的X-射線的輻射?？梢酝ㄟ^應用濾波器，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建單色X-射線源。

實驗室光源，比如X-射線管也可以產生多色X-射線，一般使用固定或旋轉陽極。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-射線管產生的X-射線的譜是依據所述陽極靶材料和所述加速電壓的結果。所述譜的特征在于連續地制動輻射譜(“剎車輻射”)X-射線，以及因為陽極材料芯電子去激發和離子化產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-射線鏡可以應用在所述特征X-射線輻射和/或所述制動輻射以產生單色X-射線，如實施例所述。

X-射線源發射的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生質量損失(例如變得單薄)。這一現象也叫做“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生改變。

在X-射線CT系統中使用多色X-射線束是有優勢的。使用多色X-射線光的主要優勢在于，對于給定的光源，多色X-射線束一般比單色X-射線更強。這是因為避免了有損耗的能量濾波器。

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。這是因為當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。

在從多色X-射線到斷層攝影重建的期間，束硬化常常產生偽影。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(Z)的元素，比如金屬，在斷層攝影重建影像中比原子序數低的元素會產生更多的BH偽影。

為了減少或防止多色X-射線束創建的斷層攝影重建中的偽影，對系統的X-射線源發射的X-射線的精確能量譜有先驗知識，以及對不同X-射線能量上的檢測系統的一個或多個檢測器的靈敏度有先驗知識是非常重要的。因此，在使用多色X-射線源的X-射線CT系統創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鍵問題。