阅读说明：本技术 管理x射线成像系统中的几何失准 (Managing geometric misalignment in an X-ray imaging system ) 是由 马茨·丹尼尔松 刘学进 马丁·舍林 于 2018-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法,该X射线成像系统具有X射线源、光子计数的X射线检测器和在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。X射线检测器包括多个像素,并且准直器结构包括多个准直器单元,其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵,其中N和M中的至少一个大于1。该方法包括：针对包括至少两个像素的指定像素子集,监测(S1)来自指定像素子集的像素的输出信号,该至少两个像素由于几何失准而受到来自所述准直器结构的阴影的不同影响；以及基于来自所述指定像素子集的所述像素的所述监测输出信号来确定(S2)几何失准的发生。(The present invention provides a method for managing geometric misalignments in an X-ray imaging system having an X-ray source, a photon counting X-ray detector, and an intermediate collimator structure in the X-ray path between the X-ray source and the X-ray detector. The X-ray detector comprises a plurality of pixels and the collimator structure comprises a plurality of collimator units, wherein each of at least a subset of the collimator units corresponds to an N X M matrix of pixels, wherein at least one of N and M is larger than 1. The method comprises the following steps: monitoring (S1) output signals from pixels of a specified subset of pixels for a specified subset of pixels comprising at least two pixels which are differently affected by shadows from the collimator structure due to geometric misalignment; and determining (S2) an occurrence of a geometric misalignment based on the monitoring output signals from the pixels of the specified subset of pixels.)

管理X射线成像系统中的几何失准

技术领域

本发明总体上涉及X射线成像技术领域，更具体地，涉及用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法和系统、相应的X射线成像系统和相应的计算机程序产品。

背景技术

诸如X射线成像的放射线照相成像已经在医学应用和无损检测中使用了多年。

通常，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器系统。X射线源发射穿过待成像的主体或对象的X射线，然后由X射线检测器系统记录。由于某些材料比其他材料吸收更多部分的X射线，因此会形成主体或对象的图像。

参照图1，可能需要从说明性的整个X射线成像系统的简要概述开始。在该非限制性示例中，X射线成像系统100基本上包括X射线源10、X射线检测器系统20和相关的图像处理设备30。通常，X射线检测器系统20被配置为用于记录来自X射线源10的辐射，该辐射可能已经被可选的X射线光学器件聚焦并通过了对象或主体或其一部分。X射线检测器系统20可经由适当的模拟处理和读出电子设备(其可集成在X射线检测器系统20中)连接到图像处理设备30，以能够通过图像处理设备30进行图像处理和/或图像重构。

如图2所示，X射线成像系统100的另一示例包括发射X射线的X射线源10；X射线检测器系统20，其在X射线穿过对象之后检测该X射线；模拟处理电路25，其处理来自检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路40，其可以对测量的数据执行进一步的处理操作，例如进行校正、临时存储或滤波；以及计算机50，其存储处理后的数据并且可以执行进一步的后处理和/或图像重构。

整个检测器可被视为X射线检测器系统20，或者与相关的模拟处理电路25组合的X射线检测器系统20。

包括数字处理电路40和/或计算机50的数字部分可被视为数字图像处理系统30，其基于来自X射线检测器的图像数据执行图像重构。因此，图像处理系统30可以被视为计算机50，或者可替换地，可以被视为数字处理电路40和计算机50的组合系统，或者如果数字处理电路进一步专用于图像处理和/或重构，则可以视为数字处理电路40本身。

常用的X射线成像系统的示例是计算机断层摄影(CT)系统。图3是示出CT系统的示例的示意图。在图3的示例中，CT系统可以包括产生X射线的扇形或锥形束的X射线源和用于记录透射通过患者或对象的X射线的分数的相对的X射线检测器系统。X射线源和检测器系统通常安装在围绕成像对象旋转的机架中。因此，图3所示的X射线源和X射线检测器系统可以被布置为CT系统的一部分，例如可安装在CT机架中。整个CT系统还可以包括适当的控制器和管理系统。

图4是根据示例性实施例的X射线检测器的示意图。在该示例中，示出了X射线检测器和发射X射线的X射线源的示意图。例如，检测器的元件可以回指射线源，并且它们优选地布置成稍微弯曲的整体结构。检测器阵列的尺寸和分段影响X射线成像系统的成像能力。入射X射线的方向称为y方向。在机架的旋转轴方向(称为z方向)上的多个检测器像素能够实现多层(multi-slice,多片)图像采集。沿角方向(称为X方向)的多个检测器像素使得能够同时测量同一平面中的多个投影，并且应用于扇形/锥形束CT中。大多数常规的检测器在层(z)和角(x)方向都具有检测器像素。

现代的X射线检测器通常通过光吸收和/或康普顿相互作用将入射的X射线转换成电子，并且所得到的电子产生二次可见光，然后由感光材料对其进行检测。其他检测器基于将X射线直接转换成电子-空穴对的半导体，这些电子-空穴对通过在施加电场中使电荷载流子漂移而被收集。

目前用于医学成像的大多数X射线检测器是能量积分检测器，这意味着输出信号是在测量周期相互作用的光子的能量之和。因此，每个检测到的光子对信号的贡献与光子的能量成比例。

光子计数检测器也是一些应用中可行的替代方案；目前，光子计数检测器在例如***X线照相术中可商业获取。许多光子计数检测器是光谱的(能量分辨的)，这意味着它们可以基于当光子相互作用时沉积在检测器材料中的能量对探测到的光子进行分类。使用由可编程能量阈值定义的能量仓来执行能量分类。能量信息可用于获得关于光子已经穿过的对象的成分的附加信息。该附加信息又可用于提高图像质量和/或降低辐射剂量。

与能量积分X射线检测器系统相比，光子计数的X射线检测器系统具有以下优点：能量阈值可用于去除测量信号中的包含能量积分检测器的电子噪声；能量信息可以用于执行所谓的材料基础分解，通过该材料基础分解，可以识别和量化受检查主体中的不同材料和/或成分(R.E.Alvarez,医学物理学，38(5).2324-2334，2011)；检测器没有增加角分辨率的余辉(afterglow)(在输入信号停止后，检测器会在短时间内产生信号输出)；而且，通过具有较小的像素尺寸可以实现较高的空间分辨率。用于光子计数的X射线检测器的材料包括碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)和硅(Si)。

美国专利8，183，535公开了光子计数边缘X射线检测器的示例。在该专利中，多个半导体检测器模块经布置在一起以形成整个检测器区域，其中，每个半导体检测器模块包括X射线传感器，该X射线传感器定向为对入射X射线是边缘对向的，并且连接到用于配准在X射线传感器中相互作用的X射线的集成电路。

半导体检测器模块通常平铺在一起以形成几乎任意大小且具有近乎完美的几何效率的完整检测器。

图5是示出半导体检测器模块的示例的示意图。这是具有分成检测器元件的传感器部分的半导体检测器模块的示例，其中，每个检测器元件通常基于具有电荷收集电极作为关键部件的二极管。在图5的示例中，假设X射线穿过边缘进入，则半导体传感器部分也在深度方向上被分成所谓的深度分段。

通常，检测器元件是检测器的单个X射线敏感子元件。通常，光子相互作用发生在检测器元件中，由此产生的电荷被检测器元件的相应电极收集。

根据检测器拓扑，检测器元件可以对应于像素，特别是当检测器是平板检测器时。然而，可以将深度分段检测器看作具有多个检测器条，每个检测器条具有多个深度分段。对于这样的深度分段检测器，每个深度分段可被视为单独的检测器元件，特别是如果每个深度分段都与其自身的单独电荷收集电极相关联的话。深度分段检测器的检测器条通常对应于普通平板检测器的像素。

从光子计数光谱检测器输出的数据通常包括在能量仓内检测到的光子的数目(两个阈值之间的脉冲高度)，或者检测到的大于能量阈值的光子的数目。光子计数数据可用于估计成像对象的材料成分，该过程通常称为基础材料分解。这可以在投影域中完成：分别估计每个像素的材料厚度，并且形成每个基础材料的图像；或者在图像域中完成：形成每个能量仓的图像，并且使用不同的仓图像来执行材料估计。

对象准直器或更一般的准直器结构，也称为散射抑制栅或抗散射栅，通常用在现代CT系统中。通常，如图6所示，准直器结构22可以在角(x)和层(z)方向上实施为具有由重金属(例如钨或钼)制成的叠层，以形成准直器单元23的壁。

如图7所示，这些准直器单元通常与下面的检测器像素21保持单元到像素的关系，以便更好地抑制散射辐射。可以参考例如美国专利号9，583，228B2；美国专利号8，831，181B2；美国专利号7，362，849B2。在x和z两个方向上将准直器薄片与X射线源的焦点对准是一个挑战，特别是对于密集封装的检测器像素，例如参见US 2013/0168567 A1。

检测器、抗散射栅和源的失准导致：图像采集的几何参数(执行每次测量的位置)的误差；以及检测器的阴影，这又可导致光子的损失和检测器的光谱响应的变化。

已经开发了许多用于CT成像系统的几何校准的方法，即图像采集的几何参数的估计：

US 2014/0211925，美国专利号8，622，615和US 2014/0153694涉及使用校准模型或设备的平板检测器的几何校准。这些设备不是检测器的组成部分，而是放置在源和检测器之间。

美国专利号6，370，218描述了一种发明，其中使用多层X射线检测器测量X射线照明场的半影(部分照明区域)以确定X射线管焦点的位置。

WO 2010/093314提到从具有深度分段的边缘对X射线检测器获得测量信息，并使用在不同深度分段中检测到的X射线计数的数目的比率来测量阴影程度。

美国专利号5，131，021涉及一种发明，其中将一组X射线衰减掩模放置在成像对象外部的像素上。然后基于以具有不同掩模的像素为单位的测量信号的比率来估计X射线源在轴向(z)方向上的位置。

美国专利号8，262，28描述了一种通过使一组抗散射薄片指向除源位置之外的点来确定焦斑位置的方法。有意失准的抗散射薄片引起位于薄片附近的检测器像素上的阴影，并且源的移动导致所测量的X射线强度的变化，然后其可以用于估计源位置。

为了提高单光子发射计算机化断层显像(SPECT)系统的探测效率，已经提出了多像素匹配准直器(准直器单元与多个检测器像素匹配)。可以参考例如WO 2016162962A1、WO2011093127A1以及A.Suzuki等人，物理学在医学与生物学中应用，58.7(2013)：第2199。然而，多像素匹配准直器通常不用于CT。图12示出了多像素匹配准直器的示例。

存在三种类型的失准，其会导致来自对象准直器的检测器的阴影(即，检测器的一部分不能被X射线照射)。第一种类型是X射线源的失准(在x或z方向上)，在这种情况下，准直器薄片将处于入射X射线束的路径上，并导致沿着检测器深度的不同有源横截面，如图8所示。第二种类型是检测器的失准(x方向或z方向)，这将导致与X射线源的失准相同的情况，如图9所示。第三种类型是准直器薄片的失准，这将总是导致沿着检测器深度的固定量的无源检测器区域，如图10所示。

来自源或准直器的失准的阴影导致阴影像素中计数的丢失。由源失准引起的阴影还导致检测器中不同深度处的检测器材料的有源横截面不同。由于检测器在不同深度具有不同的光谱响应，这意味着每个检测器像素的光谱响应将取决于阴影的程度。该效应在本文将称作非线性光谱效应。不同的光谱响应导致难以归一化的问题；每个像素的相对增益(作为输入信号的函数的输出信号)取决于输入X射线光谱的形状。因此，难以通过例如用从单个参考测量，例如空气扫描(所谓的平场)确定的单个校正因子归一化输出信号来去除像素差。如果具有不同光谱响应的像素未被校正，则存在重构图像具有环形伪影(ringartifacts)(由于检测器像素与其相邻像素相比增益更高或更低，而导致更亮或更暗值的环)的风险。

由于没有可用的光谱信息，即使可以适当地知道像素中的阴影程度，能量积分检测器仍然不能校正不同的光谱响应。因此，能量积分检测器上的像素必须具有接近相同的光谱响应，以应付非线性光谱效应。例如，参照US 2016/0025867 A1，US 2013/0121475 A1，其可以用高度衰减材料(在图11中示出)阻挡有阴影风险的区域(即像素的边缘)获得，或通过相对于检测器阵列以预定角度(可能大于1℃)倾斜准直器薄片，参考US 2013/0121475A1，或通过调整准直器薄片的高度以保证阴影效应小于阈值(例如，检测效率降低5％)，请参见CN 1596829 A。

另一方面，对于光子计数光谱检测器，如果在投影域中使用材料基础分解形成图像，则不必具有相同的光谱响应。在系统校准期间与在图像采集扫描期间相同的任何光谱差异(例如静态失准)可以通过利用准确地捕获像素相关的检测器响应的正向模型^[6]执行物质基础分解来去除。例如，正向模型可以在系统校准期间从材料校准获得(R.E.Alvarez，医学物理学,38(5).2324-2334，2011)。

然而，例如，对于由扫描期间的机械运动引起的动态失准，没有来自系统校准的先验知识，因此不能用校准数据来进行校正。尽管源监测器可用于监测X射线源的位置以用于进一步校正，但难以实现高精确度。对于能量积分检测器，使用例如US 2016/0025867 A1中建议的方法来减轻动态失准的影响，该方法需要对象准直器和检测器之间的额外栅格来提供更多阴影，并且因此保证不同检测器像素之间的均匀有源区，如果例如源在扫描期间已经移动的话。

即使准直器薄片和源两者都失准，图11所示图示中像素A和像素B仍具有相同的有源区。然而，该方法意味着极大地牺牲了检测器的几何效率，这可以从图11中看出(受额外栅格阻挡的X射线丢失)，并且如果该方法用于光子计数检测器，由于它们的像素尺寸较小，该牺牲将更大。通常，检测器像素由附图标记21表示。

发明内容

总体目的是改善诸如CT系统的X射线成像系统的性能。

一个具体的目的是提供一种用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法。

本发明的另一个目的是提供一种被配置为用于管理X射线成像系统中的几何失准的系统。

另一个目的是提供一种包括这种系统的X射线成像系统。

又一个目的是提供相应的计算机程序产品。

本发明的实施例满足了这些和其他目的。

根据第一方面，提供了一种用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法，其中X射线成像系统具有X射线源、光子计数的X射线检测器和在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。该方法包括：

-针对包括至少两个像素的指定像素子集，监测来自指定像素子集的像素的输出信号，其中至少两个像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响；以及

-基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来确定几何失准的发生。

通过这种方式，可以有效地处理X射线成像系统中的几何失准。

根据第二方面，提供了一种被配置为用于管理X射线成像系统中的几何失准的系统，其中X射线成像系统具有X射线源、光子计数的X射线检测器和在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。该系统被配置为针对包括至少两个像素的指定像素子集监测来自指定像素子集的像素的输出信号，其中，至少两个像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响。该系统被配置为以基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来确定几何失准的发生。

根据第三方面，提供了一种包括这种系统的X射线成像系统。

根据第四方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质上存储有计算机程序，计算机程序用于在由处理器执行时管理具有X射线源的X射线成像系统中的几何失准、光子计数的X射线检测器和X射线源与X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。在该应用中，X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中，准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中，N和M中的至少一个大于1。计算机程序包括指令，当指令由处理器执行时使得处理器：

-针对包括至少两个像素的指定像素子集监测来自指定像素子集的像素的输出信号，其中，至少两个像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响；并且

-基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来确定几何失准的发生。

根据第五方面，提供了一种X射线检测器，包括：

-并排布置并且适于朝向X射线源边缘定向的多个边缘检测器模块，每个边缘检测器模块具有至少一个检测器像素；以及

-布置在X射线源和边缘检测器模块之间的X射线路径上的准直器结构，其中，准直器结构包括对应于N×M像素矩阵的至少一个准直器单元，其中N和M中的至少一个大于1，并且准直器单元的至少一个准直器薄片布置成相对于像素之间的边界偏移。

根据第六方面，提供了一种X射线检测器，包括：

-并排布置并且适于朝向X射线源边缘定向的多个边缘检测器模块；

-布置在边缘检测器模块的至少一个子集之间的X射线衰减结构；以及

-布置在X射线源和边缘检测器模块之间的X射线路径上的准直器结构，其中准直器结构包括至少一个准直器薄片，该准直器薄片布置为X射线衰减结构的延伸部，并且具有比位于边缘检测器模块之间的X射线衰减结构的厚度更大的厚度。

当阅读详细描述时，将理解其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解这些实施例及其进一步的目的和优点，在附图中：

图1是示出整个X射线成像系统的示例的示意图。

图2是示出X射线成像系统的另一示例的示意图。

图3是示出CT系统的示例的示意图。

图4是根据示例性实施例的X射线检测器的示意图。

图5是示出半导体检测器模块的示例的示意图。

图6是示出二维对象准直器的示例的示意图，其中准直器单元由x和z方向上的重元素薄片组成。

图7是示出准直器单元和检测器像素之间的单元-像素关系的z方向视图的示例的示意图。

图8是示出X射线源的失准的示例的示意图。

图9是示出检测器的失准的示例的示意图。

图10是示出准直器薄片的失准的示例的示意图。

图11是示出传统解决方案的示例的示意图，其中在对象准直器和检测器之间采用额外的栅格以避免由动态或静态失准引起的负面影响。

图12是示出在对象准直器和平铺检测器之间所提出的几何形状的y方向视图的示例的示意图，其中准直器单元对应于几个检测器像素。该几何形状应用于平板检测器上。

图13是示出在对象准直器和平铺检测器之间所提出的几何形状的y方向视图的示例的示意图，其中准直器单元对应于几个检测器像素。该几何形状应用于边缘检测器阵列上。

图14是示出在对象准直器和平铺检测器之间所提出的几何形状的从z方向的视图的示例的示意图，其中准直器单元对应于一个方向上的两个像素。

图15是示出具有准直器结构的X射线检测器的示例的示意图，该准直器结构具有相对于像素边界偏移的至少一个准直器单元。

图16是示出在X射线源失准的情况下准直器单元内的两个像素保持的对称性的示例的示意图。

图17是示出在所提出的几何形状下的源失准的情况下可以由检测器获得的周期信号的示例的示意图。

图18是示出用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法的示例的示意性流程图。

图19是具有8个能量仓的硅检测器的不同能量仓的敏感度的示例，其中一些仓基本上是单色的，而其他仓是多色的。

图20是示出校准基本单色能量仓的步骤的示例的示意性流程图。

图21是示出根据实施例的计算机实现的示例的示意图。

具体实施方式

图18是示出用于管理X射线成像系统中的几何失准的方法的示例的示意性流程图，该X射线成像系统具有：X射线源、光子计数的X射线检测器，以及在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。

通常，X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中，准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。

在特定示例中，N≥2且M≥2。

基本上，该方法包括：

S1：针对包括至少两个像素的指定像素子集，监测来自指定像素子集的像素的输出信号，该至少两个像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响；以及

S2：基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号确定几何失准的发生。

例如，至少两个像素对阴影具有不同的响应，并且通过测量输出信号来监测不同的响应。

作为示例，该方法还包括i)估计至少一个表示几何失准的参数和/或ii)基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来校正几何失准和/或iii)执行输出信号的后处理和/或iv)基于表示几何失准的参数和/或基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来重构图像。

在特定示例中，基于所监测的来自指定像素子集的像素的输出信号来校正几何失准对至少一个像素的输出信号或基于该输出信号的值的影响。

例如，在图像获取期间，至少一个待校正的像素位于要成像的对象/主体之后。

优选地，来自像素的输出信号表示像素的光子计数。

在特定示例中，来自指定像素子集的像素的输出信号在对象/主体的图像获取期间被测量，并且在测量期间位于待成像的对象/主体之外。

例如，受阴影影响不同的至少两个像素相对于准直器结构定位，使得它们由于几何失准而经历与准直器结构不同的阴影。

例如，受阴影影响不同的至少两个所述像素可以包括一个或多个像素的第一子集和一个或多个像素的第二子集，该第一子集由于阴影而具有光子计数数目的增加，并且该第二子集由于阴影而具有光子计数数目的减少。

在特定示例中，每个准直器单元具有第一侧和相对的第二侧，并且指定子集的像素中的至少一个位于准直器单元的第一侧上，并且指定子集的像素中的至少一个位于相同或另一准直器单元的相对的第二侧上。

例如，X射线检测器包括多个检测器模块，并且位于准直器单元的相对侧上的像素属于X射线检测器的不同检测器模块。

在典型示例中，几何失准可以包括X射线源和X射线检测器之间的相对几何失准。

举例来说，可基于来自指定像素子集的像素的所监测输出信号来确定由几何失准引起的像素阴影的方向和/或程度。

在特定实施例中，X射线检测器是光子计数和能量区分X射线检测器，并且基于指定像素子集的所监测的输出信号、或者基于指定像素子集的像素的输出信号的值以及从光子计数和能量区分X射线检测器获得的相关光子能量信息来校正几何失准对至少一个所述像素的光子计数的影响。

例如，光子计数和能量区分X射线检测器可以被配置为将检测到的光子分为能量仓中，并且校正几何失准对光子计数的影响的步骤可以包括：基于所监测的指定像素子集的像素的光子计数和相关的光子能量信息，对至少一个所述像素的能量仓中的光子计数进行校正。

可选地，可以基于表示几何失准和基础材料厚度的至少一个参数来确定校正因子。

例如，可以确定校正因子并将其应用于较低能量仓中的光子计数。

在另一示例中，可以基于所监测的指定像素子集的像素的输出信号，将几何失准与X射线源的电流-峰值-千伏比(mA/kVp)的下降区分开。

通常，例如，几何失准的管理可以包括几何失准的监督和/或处理，例如几何失准的监测和/或校正/校准。

为了更好地理解，现在将参考非限制性实施例描述该技术。

在一些方面，提供了一种用于具有能量区分能力的光子计数的X射线检测器系统的几何校准的方法和相应实施例。在特定实施例中，该方法基于在准直器单元内具有几个检测器像素，监测成像对象之外的像素中的测量计数的变化，并使用该信息来校正由位于成像对象之后的像素执行的测量。

在相同或其他方面，本发明涉及对X射线管和X射线检测器的几何失准的影响的管理，并且包括以下方法：1)基于由位于成像对象外部的光子计数和光谱检测器上的像素获取的测量来估计x射线管与检测器之间的相对几何对准，以及2)基于对X射线管和检测器之间的相对几何对准的估计来校正来自位于成像对象之后的检测器像素的输出信号。

参考附图，x、y、z方向的定义与普通CT系统相同，其中，x方向是机架旋转方向；y方向是X射线束方向；z方向是层方向(系统轴)。

从检测器像素输出的信号中的误差，例如光子计数，可能来自于未衰减的X射线束质量或检测器像素的响应函数的动态变化。检测器像素的响应函数在本文定义为给定输入信号的输出信号，例如，当像素被特定能量的N个光子照射时，每个能量仓中记录计数的平均数。

未衰减X射线束质量变化的来源包括但不限于：X射线管电流(mA)的漂移和X射线管加速电压(kVp)的漂移。检测器响应函数的变化源包括但不限于能量阈值的漂移和X射线管和检测器的相对几何对准的变化。如果从对象后面的像素输出的信号没有针对未衰减的X射线束的质量的变化和/或检测器像素的响应函数的变化进行校正，则重构的图像可以包含伪影，例如条纹或环。

在CT图像采集期间，由于对象和检测器/源的相对旋转，位于成像对象后面的像素中的测量信号随着时间自然改变。这意味着由于检测器响应函数的变化而引起的测量计数的波动难以检测。然而，许多失准(例如X射线管焦点的移动或检测器的移动)会同时影响整个检测器。这意味着只要位于成像对象外部的像素对失准敏感，则位于成像对象外部的检测器像素可用于监测源相对于检测器的移动。

在所公开的发明中，通过使多个像素位于每个准直器单元内部来实现对失准的敏感度。换句话说，准直器结构包括多个准直器单元，其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。这种类型的准直器有时称之为多像素匹配准直器。

在特别实际的示例中，N≥2并且M≥2。

图12是示出从y方向观察对象准直器(通常称为准直器结构22)和平铺检测器之间的所提出的几何形状的示例的示意图，其中准直器单元23对应于几个检测器像素21。该几何形状可以应用于平板检测器上。图12示出了所提出的几何形状的示例实施例，其中，一个准直器单元对应于九个(3×3)独立的检测器像素。

图13是示出在对象准直器22和平铺检测器之间所提出的几何形状的y方向视图的示例的示意图，其中准直器单元23对应于几个检测器像素21。该几何形状可以应用于边缘检测器阵列。图13示出了所提出的几何形状的另一示例实施例，其中一个准直器单元对应于20(2×10)个独立的检测器像素。

对于具有例如由半导体晶片构成的检测器模块24的边缘X射线检测器，在检测器上将存在沿着晶片的一个方向(图13中的z)和垂直于晶片的另一个方向(图13中的x)。

在所讨论的示例中，存在与准直器单元的至少一个子集中的每一个匹配的像素的N×M矩阵。

在下文中，将描述用于边缘光子计数检测器的准直器几何形状的非限制性示例，用于最小化由于失准造成的阴影影响。

例如，可以提供准直器结构，其中，沿晶片方向的准直器薄片是位于检测器晶片之间的衰减材料片的延伸部分，其中，位于检测器晶片上方的衰减材料部分具有比位于晶片之间的衰减材料部分更大的厚度。这种结构的好处在于，晶片上方较厚的衰减材料阻挡了辐射，否则辐射可能已经撞击到晶片的侧面上(希望所有辐射都通过/进入晶片的边缘，以便获得均匀的检测器响应)。避免撞击晶片侧面的X射线降低了对失准的敏感度。例如，如果X射线撞击到晶片的侧面，则由于未衰减的X射线束直接撞击到晶片侧面的大面积上，所以将存在更多数量的检测到的X射线；并且如果对准改变使得晶片的侧面不再被照射，则检测到的光子的数量将大大减少，从而导致更困难的校准问题。

图14是示出对于在对象准直器和平铺检测器之间提出的几何形状的从z方向的视图的示例的示意图，其中准直器单元对应于在一个方向上的两个检测器像素(诸如图13中示出的)。

换句话说，提供了一种X射线检测器，其包括并排布置的多个边缘检测器模块24，并且适于朝向X射线源边缘地定向。X射线检测器还包括：X射线衰减结构26，其布置在边缘检测器模块24的至少一个子集之间；以及准直器结构22，其布置在X射线源和边缘检测器模块之间的X射线路径上。准直器结构22包括至少一个准直器薄片，该至少一个准直器薄片被布置为X射线衰减结构26的延伸部，并且具有比位于边缘检测器模块之间的X射线衰减结构的厚度更大的厚度。这种准直器结构的示例在图14中示出。

例如，位于边缘检测器模块之间的准直器薄片和X射线衰减结构可以彼此连接、结合或集成。

例如，X射线衰减结构可以包括至少一个X射线衰减片，例如钨片或抗散射箔。

在特定示例中，边缘检测器模块24具有电荷收集正面和背面，并且边缘检测器模块24的至少一个子集从正面到正面成对布置，其中至少一个准直器薄片覆盖正面到正面之间的正面“间隙”。

图15是示出具有准直器结构22的X射线检测器的示例的示意图，该准直器结构22具有相对于像素边界偏移的至少一个准直器单元23。

在该示例中，X射线检测器包括并排布置并适于朝向X射线源边缘定向的多个边缘检测器模块，每个边缘检测器具有至少一个检测器像素。X射线检测器还包括准直器结构22，其布置在X射线源和边缘检测器模块之间的X射线路径上。准直器结构22包括对应于像素21的N×M矩阵的至少一个准直器单元23，其中N和M中的至少一个大于1，并且准直器单元的至少一个准直器薄片经布置相对于像素之间的边界偏移。

通常，边缘检测器模块具有横向和纵向延伸，并且例如，与检测器模块的纵向延伸正交的准直器单元的准直器薄片可以经布置相对于像素边界偏移。

换句话说，所提出的几何形状的示例涉及具有准直器单元的准直器结构，其中与晶片正交的准直器薄片位于检测器像素内(不在像素边界上)。这对于管理失准是有益的，因为来自准直器薄片的阴影将总是位于同一像素内，并且不会从一个像素切换到另一个像素。而且，由于阴影引起的光谱失真将是最小的，因为阴影的轮廓在检测器材料中的所有深度处近似为相同的宽度，这与完全位于一个像素内的阴影一起意味着阴影的变化仅可以导致光子通量的变化，对于所有能量具有恒定的因子。如果准直器薄片放置在像素之间的边界上，则与准直器薄片相邻的两个像素将经历更大的光子通量变化以及作为失准的结果的光谱变化。

更一般地，位于准直器薄片不同侧上的像素将对不同方向上的失准敏感，即，如果源移动，则一些像素将由检测器较少的光子起反应，而一些像素将由检测器较多的光子起反应。这在图16中示出，图16示出了相对于X射线方向与角度“a”的失准导致像素A的较少照明和像素B中的较多照明。图17示出由于几何失准影响整个检测器，因此可同时在许多像素中看到该影响。然后可以通过例如监测在准直器薄片的任一侧上记录的计数的比率来估计X射线源的位置。在对准位置处，两个像素的计数数量相等(如果已经校准了增益差)，因为它们都被完全照射，并且在失准位置处，可以使用准直器的高度和阴影程度来计算角度失准。例如，考虑1mm宽的像素，其已经被30mm长的准直器阴影，使得其损失了其最大计数的5％。然后可以使用下式计算角度失准(α)的估计：tan(α)＝0.05*10/30。为了提高这种估计的精度，可以在图像获取之前执行校准扫描，其中源被有意地移动并且监测每个像素中的计数数目。然后，例如，可以将所获得的光子计数存储在查找表中，该查找表可以用于在图像获取期间确定对准状态。

换句话说，对于每个测量或一组测量，来自位于成像对象外部的指定参考像素集的检测信号被监测，并且所获得的信号用于确定几何失准的发生。对参考像素集的要求是它们包含对阴影具有不同响应的像素，即像素的子集测量作为阴影的结果的计数数量的增加，而像素的另一个子集测量作为阴影的结果的计数数量的减少。为了区分阴影与例如X射线管的电流(mA)或X射线管的加速电压(kVp)的漂移，需要不同的响应。

X射线管电流(mA)的漂移导致所有能量仓和像素的计数数量的相等增加。如果阴影发生改变，则每个像素和能量仓可以经历登记计数数目的不同改变。如果所有像素以相同方式(即，所有增加或所有减少)响应阴影，则阴影不能容易地与例如mA漂移区分开，因为所有像素和能量仓将具有相同方向上的分量，这可能被误认为是mA漂移。

在所公开的发明中，不需要监测失准的专用像素(当使用有意失准的准直器薄片或像素掩模时即为这种情况)。如果检测器上的所有像素在估计时位于成像对象之外，则它们原则上可用于估计对准。很容易从采集的CT正弦图数据中估计像素是否位于成像对象之外，这是由于对象的轮廓易于识别。

一旦已经估计了X射线管相对于检测器/准直器的位置，则所获得的估计可以用于例如：

1)校正位于对象后面的像素中测量的X射线计数

2)估计可用作图像重构输入的一组几何参数。

根据准直器的几何形状，可能希望使用光谱光子计数检测器。对于图13所示的几何形状，为了能够执行1)，即校正对象后面的像素中的测量信号，希望检测器是光谱的(和光子计数)。对于图15所示的几何形状，这可能不是必需的。待校正的像素将称之为目标像素。

本文给出了校正目标像素(位于成像对象后面的检测器像素)的能量仓中的计数数目的方法的示例。首先，识别两类能量仓：单色和多色。单色能量仓仅在窄能量范围内敏感。例如，只有能量在50keV和60keV之间的光子可以在能量仓中产生计数。多色能量仓在宽的能量范围内敏感，例如能量在10keV和120keV之间的光子可以在能量仓中产生计数。例如，对于基于硅的光子计数光谱检测器，最高能量阈值基本上是单色的，而较低能量仓由于其对康普顿散射事件(较高能量光子仅沉积其能量的一部分)的敏感度而是多色的。

图19是示出硅光子计数检测器的不同能量仓(在每个像素中产生计数的光子的能量分布)的敏感度的示例的示意图。在图19的示例中，能量仓4到8具有非常窄的敏感度区域，因此表现为好像它们是单色的，即对阴影的响应独立于输入光谱。另一方面，较低能量仓具有宽的能量响应并且必须看作是多色的。

单色能量仓的校正因子独立于目标像素的输入光谱，这使得它们易于校正。可通过建立目标像素的仓中的计数与指定参考集中的像素的对应仓之间的直接关系来确定校正因子。目标像素中的计数与指定像素子集之间的关系可通过(例如)执行其间发生典型失准的一组参考测量来建立。典型的失准可以通过检测器/源系统的自然移动或者通过焦斑和/或检测器的有意移动来获得。图20示出了用于执行单色能量仓的校准的流程图。

多色能量仓的校正因子很大程度上取决于目标像素的输入光谱，并且必须采取不同的方法来计算多色能量仓的校正因子。以下是用于对执行校正所需的关于输入光谱的知识的多色能量仓中的登记计数执行一阶校正的逐步方法的示例：

1)根据参考像素估计当前阴影程度。

2)使用材料基础分解来估计撞击目标像素的X射线束路径上的基础材料的厚度。(此估计值将略有偏差，目的是要消除该偏差)。

3)使用估计的基础材料厚度以及检测器响应模型来估计像素的输入光谱(这里也会有偏差)。

4)使用所估计的阴影程度(α)连同所估计的输入光谱来使用检测器正向模型计算目标像素的较低能量仓中的计数的登记数目的校正因子。

5)使用校正的计数重新进行物质基础分解

计算校正因子的另一种方法是使用将校正因子与基础材料厚度直接相关的查找表。在这种情况下，不必在每次要估计校正因子时执行估计输入光谱的中间步骤。然后查找表中的每个条目将包含用于特定组的基础材料厚度的所有能量仓的校正因子。

可以迭代地执行校正，因为使用校正的计数执行的基础材料厚度的估计可以用于估计一组新的校正因子。新的校正因子将比第一校正因子更精确，因为基础材料厚度的估计将更精确。可以重复该过程直到收敛。

应当理解，本文描述的方法和设备可以以各种方式组合和重新布置。

例如，特定功能可以用硬件或由适当的处理电路执行的软件或其组合来实现。

本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以使用任何常规技术在硬件中实现，例如半导体技术、分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。

特定示例包括一个或多个经适当配置的数字信号处理器和其他已知电子电路，例如经互连以执行专用功能的离散逻辑门，或专用集成电路(ASIC)。

可替换地，本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些可以用诸如计算机程序之类的软件来实现，以便由诸如一个或多个处理器或处理单元之类的适当处理电路来执行。

处理电路的示例包括但不限于一个或多个微处理器、一个或多个数字信号处理器(DSP)、一个或多个中央处理单元(CPU)、视频加速硬件和/或任何合适的可编程逻辑电路，例如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)。

还应当理解，可以重新使用其中实现所提出的技术的任何常规设备或单元的一般处理能力。还可以重新使用现有软件，例如通过重新编程现有软件或通过添加新的软件组件。

根据一个方面，提供了一种被配置为用于管理X射线成像系统中的几何失准的系统，该X射线成像系统具有X射线源、光子计数的X射线检测器和在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。

X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。例如，N≥2且M≥2。

该系统被配置为以针对包括至少两个像素的指定像素子集监测来自指定像素子集的像素的输出信号，该至少两个像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响。系统进一步被配置为以基于来自指定像素子集的像素的所监测输出信号来确定几何失准的发生。

举例来说，该至少两个像素对阴影具有不同响应，且系统被配置为以通过测量输出信号来监测不同响应。

例如，该系统可以被配置为估计表示几何失准的至少一个参数和/或基于来自指定像素子集的像素的所监测输出信号来校正几何失准和/或iii)执行输出信号的后处理和/或iv)基于表示几何失准的参数和/或基于来自指定像素子集的像素的所监测输出信号来进行图像重构。

根据另一方面，还提供一种X射线成像系统，其包括如本文所述的用于管理几何失准的系统。

图21是示出根据实施例的计算机实现的示例的示意图。在此特定示例中，系统200包括处理器210和存储器220，存储器包括可由处理器执行的指令，借此处理器可操作以执行本文所描述的步骤和/或动作。指令通常被组织为计算机程序225；235，其可预先配置在存储器220中或从外部存储器设备230下载。可选地，系统200包括输入/输出接口240，其可以互连到处理器210和/或存储器220，以使得能够输入和/或输出诸如输入参数和/或结果输出参数的相关数据。

术语“处理器”应当在一般意义上解释为能够执行程序代码或计算机程序指令以执行特定处理、确定或计算任务的任何系统或设备。

因此，包括一个或多个处理器的处理电路被配置为为当执行计算机程序时执行诸如本文描述的那些明确定义的处理任务。

处理电路不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或块，而是还可以执行其他任务。

所提出的技术还提供了一种包括计算机可读介质220；230的计算机程序产品，其上存储有这种计算机程序。

作为示例，软件或计算机程序225；235可以实现为计算机程序产品，其通常被携带或存储在计算机可读介质220；230上，特别是非易失性介质。计算机可读介质可以包括一个或多个可移动或不可移动存储设备，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、蓝光盘、通用串行总线(USB)存储器、硬盘驱动器(HDD)存储设备、闪存、磁带或任何其他常规存储设备。计算机程序因此可被加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中以由其处理电路执行。

作为示例，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质上存储有计算机程序，该计算机程序用于在由处理器执行时管理X射线成像系统中的几何失准，该X射线成像系统具有X射线源、光子计数的X射线检测器和在X射线源和X射线检测器之间的X射线路径上的中间准直器结构。X射线检测器包括多个像素，并且准直器结构包括多个准直器单元，其中准直器单元的至少一个子集中的每一个对应于像素的N×M矩阵，其中N和M中的至少一个大于1。例如，N≥2且M≥2。

计算机程序包括指令，当指令经处理器执行时，使得处理器：

-针对包括至少两个像素的指定像素子集监测来自指定像素子集的像素的输出信号，至少两个所述像素由于几何失准而受到来自准直器结构的阴影的不同影响；以及

-基于来自指定像素子集的像素的监测输出信号来确定几何失准的发生。

当由一个或多个处理器执行时，本文呈现的方法流可被视为计算机动作流。相应的设备、系统和/或设备可以定义为一组功能模块，其中由处理器执行的每个步骤对应于功能模块。在这种情况下，功能模块被实现为在处理器上运行的计算机程序。因此，设备、系统和/或设备可替换地定义为一组功能模块，其中功能模块被实现为在至少一个处理器上运行的计算机程序。

驻留在存储器中的计算机程序因此可以被组织为适当的功能模块，该功能模块被配置为当由处理器执行时执行本文描述的步骤和/或任务的至少一部分。

可替换地，可以主要通过硬件模块或者可替换地通过硬件来实现模块。软件相对于硬件的范围纯粹是实现选择。

上述实施例仅作为示例给出，并且应当理解，所提出的技术不限于此。本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和改变。特别地，在技术上可能的情况下，不同实施例中的不同部分解决方案可以在其他配置中组合。