辐射信号处理系统
阅读：948发布：2023-12-30
专利汇可以提供辐射信号处理系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于双 能量 的 X射线 扫描系统具有带有高能和低能检测器的线性检测器阵列。采用了一种 信号 处理方法，该方法考虑了透射的X射线入射在检测器的不同 角 度以及透射的X射线穿过高能和低能检测器的不同顺序。这在生成的图像中产生高 分辨率 和更好的穿透性能。，下面是辐射信号处理系统专利的具体信息内容。
1.一种信号处理方法，所述信号处理方法用于基于双能量的X射线扫描系统，所述基于双能量的X射线扫描系统包括：X射线源，被配置为生成高能X射线和低能X射线；以及线性检测器阵列，至少具有被配置为检测所述高能X射线并产生高能像素数据的高能X射线检测器和被配置为检测所述低能X射线并产生低能像素数据的低能X射线检测器，所述方法包括：
使用所述线性检测器阵列，生成所述高能像素数据和所述低能像素数据；
使用与所述线性检测器阵列进行数据通信的处理器，在形状上采样所述高能像素数据和所述低能像素数据，从而分别将采样的高能像素数据和采样的低能像素数据创建成点轨迹的形式；
使用所述处理器，基于采样的高能像素数据和采样的低能像素数据计算多个等效检测器厚度；
使用所述处理器，基于所述多个等效检测器厚度确定有效Z的值；
使用所述处理器，确定所述采样的高能像素数据和所述采样的低能像素数据的强度的值；
使用所述处理器，基于所述有效Z和所述强度生成图像；并且在显示器上显示所述图像。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其中，在形状上采样高能像素数据和低能像素数据包括：将所述高能像素数据和所述低能像素数据作为等距点内插在预定弧上。
3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其中，确定所述有效Z的值还包括使用采样的高能像素数据和采样的低能像素数据。
4.根据权利要求1所述的信号处理方法，其中，确定所述有效Z的值包括访问查找表，以检索将所述有效Z与所述多个等效检测器厚度的函数相关的数据。
5.根据权利要求4所述的信号处理方法，其中，通过测量透过放置在所述X射线源的路径中的具有已知特性的吸收器的透射，来确定所述函数，所述X射线源被配置成生成所述高能X射线和所述低能X射线。
6.根据权利要求5所述的信号处理方法，其中，通过将所述吸收器放置在与所述X射线源邻近的机动运输工具上，所述高能X射线和所述低能X射线穿过所述吸收器。
7.根据权利要求5所述的信号处理方法，其中，所述吸收器包括以阶梯配置方式定位的多种不同物质。
8.根据权利要求7的信号处理方法，其中，所述多种不同物质包括塑料、铝和钢。
9.根据权利要求5所述的信号处理方法，其中，所述吸收器包括多种不同物质，其中，所述多种不同物质中的每种物质具有不同的长度，并且位于所述多种不同物质中的另一种物质的顶上，以创建阶梯配置。
10.根据权利要求1所述的信号处理方法，其中，确定采样的高能像素数据和采样的低能像素数据的强度值包括：使用采样的高能像素数据、采样的低能像素数据和从查找表中获取的预定变量。
11.根据权利要求10所述的信号处理方法，其中，所述预定变量由曲线确定，所述曲线对为了补偿降低的低能像素所需的高能量的量进行加权。
12.一种双能量X射线扫描系统，包括：
X射线源，被配置为生成高能X射线和低能X射线；
线性检测器阵列，具有被配置为检测所述高能X射线并产生高能像素数据的多个高能X射线检测器和被配置为检测所述低能X射线并产生低能像素数据的多个低能X射线检测器；
控制器，包括与非暂时性存储器进行数据通信的处理器，其中，所述处理器被配置为：
接收所述高能像素数据和所述低能像素数据；
在形状上采样所述高能像素数据和所述低能像素数据，从而分别将采样的高能像素数据和采样的低能像素数据创建成点轨迹的形式；
基于采样的高能像素数据和采样的低能像素数据计算多个等效检测器厚度；
基于所述多个等效检测器厚度确定有效Z的值；
确定所述采样的高能像素数据和所述采样的低能像素数据的强度值；以及基于所述有效Z和所述强度生成图像；以及
显示器，与所述控制器进行数据通信，并被配置为接收所述图像并显示所述图像。
13.根据权利要求12所述的双能量X射线扫描系统，其中，在形状上采样所述高能像素数据和所述低能像素数据包括：将所述高能像素数据和所述低能像素数据作为等距点内插在预定弧上。
14.根据权利要求12所述的双能量X射线扫描系统，其中，确定所述有效Z的值还包括使用采样的高能像素数据和采样的低能像素数据。
15.根据权利要求12所述的双能量X射线扫描系统，其中，确定所述有效Z的值包括访问查找表，以检索将所述有效Z与所述多个等效检测器厚度的函数相关的数据。
16.根据权利要求15所述的双能量X射线扫描系统，其中，通过测量透过放置在所述X射线源的路径中的具有已知特性的吸收器的透射，来确定所述函数，所述X射线源被配置成生成所述高能X射线和所述低能X射线。
17.根据权利要求15所述的双能量X射线扫描系统，其中，通过将所述吸收器放置在与所述X射线源邻近的机动运输工具上，所述高能X射线和所述低能X射线穿过所述吸收器，并且其中，所述吸收器包括以阶梯配置方式定位的多种不同物质。
18.根据权利要求17所述的双能量X射线扫描系统，其中，所述多种不同物质包括塑料、铝和钢，并且其中，所述多种不同物质中的每种物质具有不同的长度，并且位于所述多种不同物质中的另一种物质的顶上，以创建所述阶梯配置。
19.根据权利要求12所述的双能量X射线扫描系统，其中，确定所述采样的高能像素数据和所述采样的低能像素数据的强度的值包括使用所述采样的高能像素数据、所述采样的低能像素数据和从查找表中获取的预定变量。
20.根据权利要求19所述的双能量X射线扫描系统，其中，所述预定变量由曲线确定，所述曲线对为了补偿降低的低能像素所需的高能量的量进行加权。
辐射信号处理系统
[0001] 交叉引用相关申请
技术领域
背景技术
[0004] 射线照相图像是通过检测透过被检查物体或从被检查物体散射的辐射而产生的。存在的物质的密度、原子序数和总量决定了辐射的衰减程度，因此，也决定了所产生的射线照相图像的性质和类型。通过确定X射线或γ射线光子在沿着各种X射线路径传播时的平均吸收，可以导出关于其穿过的物质的特性的信息。被散射的X射线的强度与散射X射线的物质的原子序数(atomic number，Z)有关。通常，对于小于25的原子序数，X射线反向散射的强度或X射线反射率随着原子序数的增加而降低。另一方面，具有高原子序数(Z>70)的物质的特征在于X射线光谱的低端和高端的高衰减。因此，X射线图像主要由物体内部(例如，货物内部)存在的各种物质的原子序数的变化来调制。
[0005] 由于最终图像根据物体内部存在的各种物质的原子序数进行调制，所以X射线成像系统通常会产生带有暗区域的图像。尽管这些暗区域可能表明存在威胁物质，但几乎没有产生关于威胁的确切性质的信息。此外，通常难以解释传统X射线系统产生的射线照片，因为在这些射线照片中，物体叠加，这可能会混淆图像。因此，训练有素的操作员必须研究和解释每个图像，以就是否存在兴趣目标(例如，威胁)给出意见。当要解释大量这样的射线照片时，例如，在高交通运输点和港口，操作员疲劳和分心会劣化检测性能。即使使用自动化系统，当系统以高吞吐量运行时，也很难遵守保持错误警报量低的隐含要求。
[0006] 从X射线成像中获得更多有用信息和清晰度的一种方法是使用双能量系统来测量集装箱或行李中的物质的有效原子序数。在此处，X射线束分成两大类：低能X射线束和高能X射线束。这通常是通过使X射线束通过第一薄X射线检测器来实现的，第一薄X射线检测器优选响应于低能X射线。然后，将该过滤后的射束传递到第二检测器，该检测器响应剩余的X射线束，朝向光谱的较高能部分加权该X射线束。然后，通过取高能和低能信号之间的差值来确定有效原子序数。这种方法对于60kv至450kv范围内的X射线能量束特别有效，其中，被检查物体的线性衰减系数的快速变化在低能谱区域和高能谱区域之间给出了良好的对比。
[0007] 在双能量系统中处理高能和低能信号的一些挑战反过来影响计算结果的准确性，这些挑战包括透射X射线入射在检测器的角度变化以及透射X射线穿过高能和低能检测器的顺序(order)不同。
[0009] 在实施例中，本说明书公开了一种用于基于双能量的X射线扫描系统的信号处理方法，所述系统包括：X射线源，其被配置为生成高能X射线和低能X射线；以及线性检测器阵列，其至少具有被配置为检测所述高能X射线并产生高能像素数据的高能X射线检测器和被配置为检测所述低能X射线并产生低能像素数据的低能X射线检测器，所述方法包括：使用所述线性检测器阵列，生成所述高能像素数据和低能像素数据；使用与所述线性检测器阵列进行数据通信的处理器，在形状上采样高能像素数据和低能像素数据，从而分别将采样的高能像素数据和采样的低能像素数据创建为点轨迹的形式；使用所述处理器，基于采样的高能像素数据和采样的低能像素数据计算多个等效检测器厚度；使用所述处理器，基于所述多个等效检测器厚度确定有效Z的值；使用所述处理器，确定所述采样的高能像素数据和低能像素数据的强度值；使用所述处理器，基于有效Z和强度生成图像；并且在显示器上显示所述图像。
[0010] 可选地，在形状上采样高能像素数据和低能像素数据包括：将高能像素数据和低能像素数据作为等距点内插在预定弧上。
[0011] 可选地，确定有效Z的值还包括使用采样的高能像素数据和采样的低能像素数据。
[0012] 可选地，确定有效Z的值包括访问查找表，以检索将有效Z与所述多个等效检测器厚度的函数相关的数据。可选地，通过测量透过放置在所述X射线源的路径中的具有已知特性的吸收器的透射，来确定所述函数，所述X射线源被配置成生成高能X射线和低能X射线。更可选地，通过将吸收器放置在与所述X射线源相邻的机动运输工具上，所述高能X射线和低能X射线穿过所述吸收器。
[0014] 可选地，所述吸收器包括多种不同物质，其中，所述多种不同物质中的每种材料具有不同的长度，并且位于所述多种不同物质中的另一种材料的顶上，以创建阶梯配置。
[0015] 可选地，确定所采样的高能像素数据和低能像素数据的强度值包括：使用采样的高能像素数据、采样的低能像素数据和从查找表中获取的预定变量。
[0016] 可选地，所述预定变量由曲线确定，所述曲线对为了补偿降低的低能像素所需的高能量的量进行加权。
[0017] 在一些实施例中，本说明书公开了一种双能量X射线扫描系统，包括：X射线源，其被配置为生成高能X射线和低能X射线；线性检测器阵列，其具有被配置为检测所述高能X射线并产生高能像素数据的多个高能X射线检测器和被配置为检测所述低能X射线并产生低能像素数据的多个低能X射线检测器；控制器，包括与非暂时性存储器进行数据通信的处理器，其中，所述处理器被配置为：接收所述高能像素数据和低能像素数据；在形状上采样高能像素数据和低能像素数据，从而分别将采样的高能像素数据和采样的低能像素数据创建为点轨迹的形式；基于采样的高能像素数据和采样的低能像素数据计算多个等效检测器厚度；基于所述多个等效检测器厚度确定有效Z的值；确定所述采样的高能像素数据和低能像素数据的强度值；并且基于有效Z和强度生成图像；以及显示器，其与所述控制器进行数据通信，并被配置为接收所述图像并显示所述图像。
[0018] 可选地，在形状上采样高能像素数据和低能像素数据包括：将高能像素数据和低能像素数据作为等距点内插在预定弧上。
[0019] 可选地，确定有效Z的值还包括使用采样的高能像素数据和采样的低能像素数据。
[0020] 可选地，确定有效Z的值包括访问查找表，以检索将有效Z与所述多个等效检测器厚度的函数相关的数据。
[0021] 可选地，通过测量透过放置在所述X射线源的路径中的具有已知特性的吸收器的透射，来确定所述函数，所述X射线源被配置成生成高能X射线和低能X射线。
[0022] 可选地，通过将吸收器放置在与所述X射线源相邻的机动运输工具上，所述高能X射线和低能X射线穿过所述吸收器，并且其中，所述吸收器包括以阶梯配置的方式定位的多种不同物质。
[0023] 可选地，所述多种不同物质包括塑料、铝和钢，并且其中，所述多种不同物质中的每种材料具有不同的长度，并且位于所述多种不同物质中的另一种材料的顶上，以创建阶梯配置。
[0024] 可选地，确定所采样的高能像素数据和低能像素数据的强度值包括：使用采样的高能像素数据、采样的低能像素数据和从查找表中获取的预定变量。
[0025] 可选地，所述预定变量由曲线确定，所述曲线对为了补偿降低的低能像素所需的高能量的量进行加权。
[0026] 在一个实施例中，本说明书描述了一种用于基于双能量的X射线扫描系统的信号处理方法，该系统包括线性检测器阵列，该阵列至少包括高能X射线检测器和低能X射线检测器，这些检测器检测X射线，以产生检测到的图像像素，该方法包括：将HE(高能)和LE(低能)检测到的像素数据重新采样到替代的点轨迹中；从原始像素数据计算针对每个空间上重新采样的像素的LE和HE等效检测器厚度；确定每个重新采样的像素的有效Z的值；确定每个重新采样的像素对的强度值；并且通过使用重新采样的像素的有效Z和强度的值来呈现显示的图像。
[0027] 可选地，将检测到的像素重新采样到替代的点轨迹的步骤包括：将检测的像素作为等距点内插在预定弧上。可选地，确定有效Z的值的步骤包括至少使用：检测的像素的高能值和低能值以及线性检测器阵列的高能检测器和低能检测器的厚度值。
[0028] 可选地，确定有效Z的值的步骤包括：使用通过使用查找表确定的高能检测器和低能检测器的厚度的函数。可选地，通过使用在X射线扫描系统中发射的X射线路径中的具有已知特性的吸收器来获得高能检测器和低能检测器的厚度的函数。
[0029] 可选地，通过将物质放置在与X射线扫描系统的X射线源相邻的机动运输工具上，发射的X射线束穿过具有已知特性的多种物质的吸收器。
[0030] 可选地，确定检测到的像素的强度值的步骤包括至少使用：检测到的像素的高能值和低能值以及从查找表获得的预定变量。可选地，从曲线中获得预定变量，该曲线对为了补偿降低的低能像素所需的高能量的量进行最佳加权。
[0031] 可选地，检测到的图像是大致均匀的图像，可以在与X射线扫描系统耦接的任何显示终端上呈现该图像。
[0032] 在一个实施例中，本说明书描述了一种基于双能量的X射线扫描系统，该系统包括线性检测器阵列，该阵列至少包括高能X射线检测器和低能X射线检测器，这些检测器检测X射线，以产生检测到的图像像素，处理该检测到的图像像素，以获得检测到的图像，该处理包括：将HE(高能)和LE(低能)检测到的像素数据重新采样到替代的点轨迹中；从原始像素数据计算每个空间上重新采样的像素的LE和HE等效检测器厚度；确定每个重新采样的像素的有效Z的值；确定每个重新采样的像素对的强度值；并且通过使用重新采样的像素的有效Z和强度的值来呈现显示的图像。
[0033] 可选地，将检测到的像素重新采样到替代的点轨迹的步骤包括：将检测到的像素作为等距点内插在预定弧上。
[0034] 可选地，确定有效Z的值的步骤包括至少使用：检测的像素的高能值和低能值以及线性检测器阵列的高能检测器和低能检测器的厚度值。可选地，确定有效Z的值的步骤包括使用通过使用查找表确定的高能检测器和低能检测器的厚度的函数。
[0035] 可选地，检测到的图像是大致均匀的图像，可以在与X射线扫描系统耦接的任何显示终端上呈现该图像。
附图说明
[0037] 因为通过参考结合附图考虑的下面的详细描述，更好理解本发明的这些和其他特征和优点，所以这些和其他特征和优点将被了解，其中：
[0038] 图1是示例性的基于双能量的X射线的成像系统的概述；
[0039] 图2示出了根据本说明书的实施例的线性检测器阵列和透射通过检测器阵列的各种X射线的角度；
[0040] 图3是示出根据本说明书的实施例的包括高能检测器和低能检测器的线性检测器阵列的示意图；
[0041] 图4是示出根据本说明书的实施例的信号处理方法的流程图；
[0042] 图5示出了根据本说明书的实施例的采样检测的像素的方法的图形表示；
[0043] 图6示出了根据本说明书的实施例的示例性α曲线；
[0044] 图7示出了根据本说明书的实施例的可用于在屏幕上呈现辐射图像的示例性查找表；
[0045] 图8示出了根据本说明书的实施例的曲线图，其中，对应于三种示例性物质绘制了HE-LE对HE+LE的曲线；
[0046] 图9示出了根据本说明书的实施例的示例性检测器组件；
[0047] 图10A示出了根据本说明书的实施例的可以放置在射束路径中的吸收器；以及[0048] 图10B示出了根据本说明书的一个实施例的放置在射束路径中的吸收器。
具体实施方式
[0049] 本说明书描述了用于双能量成像系统的改进的低能和高能线性辐射检测器阵列，其中，线性检测器阵列的两组检测器(对应于高能和低能)具有不同程度的分割。分割是指将检测器分成更小的离散部分。当检测器具有更多的分割时，提供更精细的像素化，从而提高其空间分辨率，并可用于具体识别入射的X射线的精确位置。相比之下，检测器中较厚或较低水平的分割为入射或吸收/检测即将到来的X射线提供了更多的体积。在本说明书的一个实施例中，高能检测器具有更粗糙的像素化(更厚的分割)，从而改善其穿透性能。在一个实施例中，低能检测器具有更精细的分割。可以理解，低能检测器的较高分辨率也提供了增强的线分辨率或看到较小线的更大能力，而高能检测器的较低分辨率产生了改进的穿透性能。在各种实施例中，本说明书提供了提供低能和高能特性的线性检测器阵列。
[0050] 本说明书针对多个实施例。提供以下公开内容，以便使本领域的普通技术人员能够实践本发明。本说明书中使用的语言不应该被解释为对任何一个特定实施例的一般否定，也不应该被用来限制权利要求超出其中使用的术语的含义。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。此外，所使用的术语和措辞用于描述示例性实施例的目的，不应被认为是限制性的。因此，将给予本发明最广泛的范围，包括与所公开的原理和特征一致的许多替代、修改和等同物。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料相关的细节，以免使本发明不必要地模糊。
[0051] 在本申请的说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”和“具有”中的每一个及其形式不一定限于与这些词语相关联的列表中的成员。在本文中应该注意，除非另外明确指出，否则结合具体实施例描述的任何特征或部件可以与任何其他实施例一起使用和实现。
[0052] 还应该理解，在本文中描述的所有方法都在处理器上执行，并且体现在存储在非暂时性存储器中的编程指令中。处理器与所公开的X射线系统的一个或多个部件进行数据通信，X射线系统包括X射线扫描器、检测器阵列和/或显示监视器。处理器可以包括任意数量的芯片、片上系统模块、主板、集成硬件平台或分布式硬件平台。
[0053] 图1提供了示例性的基于双能量的X射线的成像系统的概述。在这个示例中，成像系统用于行李检查，通常用于机场和其他运输点。参考图1，在X射线检查系统100的操作中，诸如行李等物体105在传送带115上移动通过行李扫描外壳(enclosure)110。外壳110包括X射线源和多个检测器元件。X射线源用穿透辐射照射所传送的物体105，同时检测器元件收集透过物体105的辐射。使用诸如计算机等处理系统来处理所收集的辐射水平，以生成并在需要时存储、扫描所传送的物体105的图像。在某些机器配置中，可以存储图像。存储图像的持续时间基于要求。在诸如监视器125等观看装置上呈现所生成的图像，以供操作员查看/检查图像。在某些操作模式下，将图像发送给远程操作员。随后，如果操作员希望基于操作员对相应图像的查看来物理检查被扫描物体的内容，则操作员可以通过在适当的时间停止传送带115来实现，以使得能够通过访问区域130来访问所扫描的物体。基于X射线的成像系统100的示例性实现方式是Rapidscan 620DV系统，该系统是双视角、多能量系统，并且可从Rapiscan Systems公司购得。
[0054] 在实施例中，低能X射线信号的能量范围从20keV到最大管能量。在实施例中，低能X射线信号的能量范围从50keV到最大管能量。在实施例中，最大管能量是160keV。低能检测器中低能信号与高能信号的比例或比率比高能检测器大。
[0055] 在各种实施例中，本说明书提供了线性检测器阵列。传统上，检测器阵列分成更短的部分，其中，每个部分大约有100mm长。在阵列内，每个部分都是成角度的，使得该部分在入射点垂直于X射线束。然而，很难制造这种检测器阵列。本说明书通过提供具有线性放置的高能和低能检测器的检测器阵列来解决这个问题。
[0056] 通过使用线性检测器阵列(例如，本说明书提供的阵列)在双能量系统中处理高能和低能信号时遇到的一个问题是，随着透射的X射线的角度改变，穿过检测器的面积也改变，这可能导致串扰。这在图2中示出。参考图2，L1 201、L2 202和L3 203是与高能检测器H1 211、H2 212和H3 213相邻放置的低能检测器。X射线255、257和258以各种角度入射在高能和低能检测器上。因此，射线257穿过检测器L2 202和H3 213，射线255穿过L2 202和H2
212，射线258穿过L2 202和H1 211。从图中可以注意到，X射线255完全垂直地入射在检测器上。这种X射线穿过两个相邻检测器的某个宽度，这可以称为X 260。然而，射线257和258以一定角度入射在检测器上，因此这些射线穿过两个相邻检测器的宽度262，该宽度大于X
260，因为射线257穿过L2 202和H3 213所传播的距离大于射线255穿过L2 202和H2 212所传播的距离。因此，在处理时需要针对这种变化调整双能量信号。
212，射线258穿过L2 202和H1 211。从图中可以注意到，X射线255完全垂直地入射在检测器上。这种X射线穿过两个相邻检测器的某个宽度，这可以称为X 260。然而，射线257和258以一定角度入射在检测器上，因此这些射线穿过两个相邻检测器的宽度262，该宽度大于X
260，因为射线257穿过L2 202和H3 213所传播的距离大于射线255穿过L2 202和H2 212所传播的距离。因此，在处理时需要针对这种变化调整双能量信号。
[0057] 此外，随着X射线入射在检测器上的角度改变，高能检测器和低能检测器之间的对准也改变。因此，角度变化不仅意味着不同的X射线穿过不同厚度的检测器，还意味着X射线可以穿过第一检测器和第二检测器，该第二检测器不是紧接在第一检测器之后，而是与其邻近。因此，这意味着高能X射线入射在一个位置的高能检测器上，而同一X射线束的相关低能分量入射在不同位置的检测器上，从而对X射线的实际来源产生混淆。因此，也需要针对这种变化来调整像素的处理。本说明书提供了一种有效处理上述信号处理问题的方法。
[0058] 在一个实施例中，该方法由X射线成像系统的处理系统执行(如参考图1所述)，该处理系统生成使用X射线扫描的物体的图像。图3是示出根据本说明书的实施例的包括高能检测器和低能检测器的线性检测器阵列的示意图。参考图3，一系列高能(HE)检测器335被放置成与一系列低能(LE)检测器325邻近，从而形成双能量线性检测器阵列。在一个实施例中，高能检测器335是厚分段低分辨率检测器，这些检测器被设计用于提高穿透性能，而低能(LE)检测器325是薄分段高分辨率检测器，这些检测器被设计用于提高线分辨率(看到较小线的能力)。换言之，每个HE检测器的厚度都大于其邻近的LE检测器。在另一实施例中，每个HE检测器具有的厚度比检测器阵列中的每个LE检测器都大。在另一实施例中，每个HE检测器的厚度相对于其邻近的LE检测器在任何地方都厚1％到300％，并且每个数值增量都在该范围内。
[0059] 图4是示出根据实施例的处理信号的方法的流程图。参考图4，在步骤401，在线性空间中采样检测到的像素。在一个实施例中，通过将检测到的像素作为等距点内插在假想弧上来执行采样。穿过高能和低能检测器的X射线生成对应的高能/低能信号，其中，每个检测器信号可以代表一个像素。图5示出了根据本说明书的实施例的采样检测的像素的方法的图形表示。如图5所示，内插这些信号，使得这些信号以等距点映射到假想弧545上。在各种实施例中，可以将信号内插到任何虚拟形状上，以生成替代的点轨迹，这也可以允许操作员扩展或压缩图像，以便调整图像的纵横比。此外，在实施例中，不同的点轨迹可用于每种类型的视图几何形状。
[0060] 图5中所示的弧545意味着拐角550中密集的像素号和朝向边缘552的稀疏号投影到等间距的弧中。在实施例中，物理检测器元件325、335(在图3中示出)沿着扫描隧道的边缘定位，因此，在更远离辐射源560的检测器阵列的拐角550附近观察到更密集的检测器信号(像素)，如图5所示。
[0061] 这是处理方法的第一步骤，包括在线性空间中重新采样像素。因此，将来自一个或多个低能检测器的值重新采样到一个等效缩放低能像素中，而将一个或多个高能检测器值重新采样到一个等效高能像素中。结果是两个新的数据集(一个数据集对应于低能辐射，另一数据集对应于高能辐射)，这些数据集是以垂直方式设置的像素阵列的等效体，其中，这种重新采样的像素554沿着新轨迹(例如，弧)定位。
[0062] 重新缩放的高能和低能数据集中的每个低能和高能像素对应于略微不同的前传感器厚度和后传感器厚度，这依赖于X射线束在阵列中的该点处的入射角。例如，对于垂直入射的射束(例如，图2所示的轨迹255)，X射线束穿过的低能和高能检测器物质的厚度等于单个低能检测器和单个高能检测器的实际厚度。相比之下，对于斜入射射束(例如，图2中所示的轨迹258)，X射线束穿过的低能和高能检测器物质的厚度将大于单个低能检测器和单个高能检测器的实际厚度。因此，为了计算X射线源和检测器阵列之间的X射线束路径中的物质的有效原子序数(Z有效)，需要测量或计算一组加权函数、每个高能和低能重新缩放的像素的一个双加权函数，这将补偿对应于每个重新缩放的双能量像素的射束穿过的检测器物质的厚度变化。
[0063] 返回图4，在步骤402，在计算在X射线源和检测器阵列之间的路径中的物质的有效原子序数(Zeff)之前，针对在高能和低能重新采样的像素处的检测器物质的等效厚度，校准采样的像素。Zeff是代表在X射线源和检测器之间的X射线束中的所有物质的聚合原子序数。
[0064] 在步骤403，使用以下等式来计算Zeff：
[0065] Zeff＝(Hii-Loi)/(Hii+Loi)+wi(thii/tloi) (1)
[0066] 其中，Hii是指像素i处的高能；
[0067] Loi是指像素i处的低能；
[0068] thii是指像素i处的高能检测器的厚度；
[0069] tloi是指像素i处的低能检测器的厚度；并且
[0070] wi是指高能检测器到低能检测器的厚度的函数。
[0071] 在一个实施例中，使用查找表来计算wi，并基于后面在说明书中讨论的过程来确定wi。在一个实施例中，使用计算手段，例如但不限于，通过X射线成像系统的蒙特卡罗模型，或者通过X射线束特性的实验测量，生成查找表的内容。本领域的普通技术人员将理解，可使用替代方法来计算Z有效，包括但不限于使用Hii和Loi的对数值、使用替代加权因子以及使用Hii和Loi的非线性组合。
[0072] 在下一步骤404中，使用以下等式，基于像素计算强度(Ii)：
[0073] Ii＝(Loi+α(Loi)Hii)/(1+α(Loi)) (2)
[0074] 其中，α是查找表中的变量；
[0075] Loi是低物体衰减；并且
[0076] Hi是高物体衰减。
[0077] 在一个实施例中，对于Loi的高值(低物体衰减)，α被设置为0，对于Loi的小值(接近高物体衰减)，α增加到1。在这两点之间，α被定义为预定形状的连续单调增加的曲线。通常，相同的α曲线应该用于图像中的所有像素。图6示出了与x轴602上示出的范围从0到最大值的Loi值对应的示例性α曲线600。从图6可以看出，α表示为任意曲线600，在Loi的最大值处，值为零，在Loi的最小值(或零)处，值α增加到1。在实施例中，α被确定为对为了补偿降低的低能信号所需的高能量的量进行最佳加权的曲线，以便最大化显示的空间分辨率，同时提供最高的穿透性能。
[0078] 返回图4，为了在检查屏幕上呈现最终图像，在步骤405，图像中的每个像素根据其强度及其Zeff着色，这通常使用查找表来实现。
[0079] 图7示出了根据本说明书的实施例的可用于在屏幕上呈现辐射图像的示例性查找表700。在一个实施例中，对于非常薄的物质厚度(例如，小于1％的射束衰减)，辐射图像通常以灰度着色。对于非常高的物体衰减(例如，在10,000中大于1)，图像也以灰度着色，并且在两个灰度区域之间着色，图像根据材料类型着色。查找表700示出了物质强度相对于其相应的Zeff值的曲线图以及应用于辐射图像的相应颜色。如图所示，落在区域702、704和706中的物质的像素以灰度表示，具有低Zeff值708的有机物质以橙色表示，具有中间Zeff值710的无机物质以绿色表示，具有高Zeff值712的物质以蓝色表示，具有非常高的Zeff值714的物质以紫色表示。在其他实施例中，可以选择任何合适的颜色方案来在特定应用中需要的多个色带中表示在辐射图像中具有不同Zeff值的物质。
[0080] 在本说明书的一个实施例中，通过将已知厚度的吸收器放在X射线束上，来计算高能检测器到低能检测器的厚度的函数(来自等式(1)的w)，这被需要以计算在X射线源和检测器阵列之间的路径中的物质的有效原子序数(Zeff)。本领域的普通技术人员将会理解，已知的吸收器物质(例如，尼龙、铅、钢和铝)具有已知的特性，例如，密度、厚度、有效原子序数(Zeff)和线性衰减系数。因为‘w’是高能和低能检测器的厚度和组成的函数，所以可以通过实验测量。为了计算‘w’，从而确定Zeff，通常以HE-LE对HE+LE的图表的形式，绘制对应于每种物质的实验数据，其中，HE是指高能，LE是指低能。图8示出了对应于包括钢801、铝802和塑料803这三种示例性物质绘制HE-LE对HE+LE曲线的曲线图。一旦绘制了这些曲线，就可以用于通过在给定HE+LE值的垂直轴上内插对应于具有已知Zeff的物质的曲线来确定任意物质的Zeff。
[0081] 在图9中，示出了根据本说明书的实施例的代表性检测器组件900。检测器组件900包括不允许光通过的外壳910、数据获取电路板911、包含线性检测器阵列的检测器电路板912，线性检测器阵列包括低能检测器914和高能检测器915，这些检测器检测通过准直器孔
913的X射线。服务接入端口916设置在外壳910的壁上，以允许维护检测器914、915和数据获取电路板911。在一个实施例中，检测器组件900围绕扫描隧道的两侧或三侧延伸，以便形成被检查物体的扇形束X射线图像。在一个实施例中，如图9所示，检测器组件900的前表面的尺寸是100mm乘以80mm。
913的X射线。服务接入端口916设置在外壳910的壁上，以允许维护检测器914、915和数据获取电路板911。在一个实施例中，检测器组件900围绕扫描隧道的两侧或三侧延伸，以便形成被检查物体的扇形束X射线图像。在一个实施例中，如图9所示，检测器组件900的前表面的尺寸是100mm乘以80mm。
[0083] 在一个实施例中，通过将不同材料的吸收器放置在与X射线源邻近的机动运输工具上，X射线束穿过吸收器。图10A和图10B示出了吸收器放置在射束路径中。参考图10A，在一个实施例中，由塑料1001、铝1002和钢1003组成的三个吸收器以阶梯楔形配置放置在射束路径中。一旦扫描，来自这些阶梯楔形吸收器的数据用于创建Zeff图表，例如，如图8所示的图表，以便校准成像系统，用于定量成像。在一个替代的实施例中，吸收器可以设置为已知材料(例如，钢、铝和尼龙)的圆柱形阶梯楔1004。如图10B所示，这些吸收器阶梯楔1006可以包含到成像系统设计本身中，使得这些楔围绕系统的X射线管，并且可以作为常规校准过程的一部分从X射线束708插入和去除。
[0084] 可以理解，在空间域中重新采样、计算Zeff和计算强度以产生重新采样的图像的本信号处理方法产生Zeff(Z)对强度(I)图像。这个Z对I图像创建了大致均匀的数据集，可以在任何显示终端上呈现该数据集。传统上，显示终端需要机器特定的信息，以便调整用于机器特定的数据的图像。然而，利用本信号处理方法，当检测器阵列输出校准的Z和I图像时，自动考虑机器特定的变化。因此，为了识别兴趣物质，显示终端只需要具有对应于Z对I的一个查找表。本领域的普通技术人员将会理解，Z对I查找表是通用的，并且不管所使用的机器类型如何，都提供相同的结果。即，Z对I表中的特定点应对应于相同的物质，而不管所使用的机器如何。
[0085] 以上示例仅仅说明本发明的系统的许多应用。尽管在本文中仅描述了本发明的几个实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可能以许多其他特定形式体现本发明。因此，本示例和实施例应被认为是说明性的而非限制性的，并且可以在所附权利要求的范围内，修改本发明。
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