束孔阵列和波束停止阵列的X射线散射测量和校正

束孔阵列和波束停止阵列的X射线散射测量和校正

总结
散射线信息，在工业用的X射线CT重建的体积显着的工件，特别是对于带工件，对比度损失和所谓的“拔火罐”（曲率）中的均质材料区域。这种类型的工件，也将影响二维几何形状的确定，这就是为什么的散射辐射的校正是相当大的兴趣。散射校正的不同的方法来存在，但大多数这些被划分为基于软件的模拟（蒙特卡罗），确定性的计算和实验方法，允许附加地检测到的散射辐射的精确测量。在这篇文章中，两个互补的方法，即通过停止散射辐射校正和梁孔阵列（BSA和BHA）的光束进行研究和比较。 BSA法使用铅柱完全衰减束，检测泄漏信号造成的阴影。在互补的BHA Aperturenmaske 6毫米厚的铅的方法的用于暂停的筒状开口部的放射线检测器的有效面积小于1.5％。由此，被最小化的目的和其他的散射源的散射辐射的影响（几乎）是专用的主信号，可以测量在孔中。测得的总的信号之间的差异（没有BHA）是分散的小部分。其中示出了与BHA和BSA，这表明降低散射准确测定在BHA方法的情况下的部分的散射辐射的参考测量。提出的BSA的校正被施加到塑料的台阶筒的CT，其中说明的工件，可以显着地降低。最后，调查，散射校正将如何影响尺寸测量。

关键词：X射线CT，锥束CT，散射文物校正，几何决心

1引言
X射线计算机断层扫描在近年来，在工业应用中已变得越来越作为一个非破坏性的测试。在除了定性摄像CT切片图像，在检体的内部，最近出现的目标结构的三维测量与CT检测出相当大的兴趣允许部件进行检查。这样的几何结构的定量测定的不确定性，在很大程度上取决于记录质量和工件抑制或校正在重建的CT卷。这是值得一提的是，经常使用的锥束CT是适当的基于在线检测系统（锥形束CT）更容易发生某些文物。在锥形束CT，锥束伪影通常发生散射Beamhardening和文物。后两个不同的自己的身体原因，但表示自己在类似的畸变，即拔罐（通过均质材料区域的灰度值轮廓屈曲），绑扎和对比度损失[1-5]。尽管这些易感文物的发现锥束扫描仪的扩散，因为作为回报，他们提供更短的测量时间线扫描仪。对于每一个提及的三个来源的文物存在更多或更少的开发方法，用于矫正或抑制相应的构件。本文介绍了两种互补的实验方法研究散射校正：梁停止阵列（BSA）和光束孔阵列方法茴香醚（BHA）。

2散射测量光束站和梁孔阵列方法
当X射线光子能量的材料可以交互10-500 keV的基本上由2不同的物理过程与在材料中的原子：可以被完全吸收的电子壳，或由它们散，无论是无弹性（康普顿散射，通常优先在能源工业CT）或弹性（瑞利散射）。散射的X射线光子的康普顿散射过程的情况下，仍然存在，但他们并降低能源和修改后的传播。不被吸收或分散在材料中的X射线光子被称为“初级光子。它们有助于在各自的检测器像素的Iprimär的主信号。朗伯 - 比尔定律是根据CT重建，假定的吸收和散射过程，是可以做到的光束衰减，这是至关重要的。然而，不包括在内，是信号的贡献仍然存在，造成散射的X射线光子在检测器上。
 
我们参考下面的，作为散射信号不相关的指数衰减朗伯 - 比尔定律，并导致上述的散射伪影的CT容积。为了检测所述额外的分散信号，铅或钨制成的气缸）的一部分的BSA法的高吸收性的成员（例如，可以引入到光束路径在前面的标本。这些作为所谓的光束挡块，使他们完全削弱主梁。任何检测到这种光束在树荫下停止信号被解释为散射信号。通过栅格状配置的光束挡块是一个逐点的散射​​信号的测量在每个可能的投影，请参阅图1概略从突起可以提取，例如，通过双三次样条插值的完整的散射图案生成与BSA漏组件。对于实际的CT，它是必要的，包括第二组突起，这时候无牛血清白蛋白，和减去从这些散射图案。在梁的孔阵列的方法是对BSA的互补的程序：在这里，在一个Aperturenmaske（也称为束孔阵列）完全衰减之前，测试对象的投影1锥形束，只有光子的孔可以通过通过，参见图2a中）。这“针梁”提供的检测点转弯，只有主信号IPRIM。这是允许近似只说由于低的试样（通常小于2％的开放的突起），因此有较少的散射辐射曝光照射的初级股。与BSA的方法仍然有一个第二凸集 - 记录，可用于CT没有BHA（图2b）。从公开预测，总的的信号ITOTAL是确定采样点BHA。现在可以计算在采样点减去散射信​​号：
。
然后重复与BSA的方法，即按照使用的样条bikubischem算法和去除的散射图案的原始CT投影扩散图案生成。

图1：束停止阵列（BSA）的散射值的直接测量的方法。

图2：束孔阵列茴香醚（BHA）的方法间接测定的散射成分。

测量光束站和梁孔阵列之间的比较
这两个互相补充的方法，用于同时测量散射信号应在理论分析中导致相同的测量结果。为了实验验证这一点，进行了广泛的比较测量[6]中详细描述的。在这篇文章中，使用具有代表性的测量结果提出的主要结论。测量比较强散射对象（横沟185x185x40立方毫米）的铝块，站在35厘米的探测器。这里管设置225 KVP，320微安，预过滤器，3毫米铜，锡和0.5毫米。的牛血清白蛋白（从QRM，胡萝卜村）由8x10的铅柱长度为6毫米，直径为3毫米，在类似网格的为20毫米的间隔平行布置。铅圆柱体被插入到一个6毫米厚的丙烯酸类树脂板。 BSA的定位管10厘米和55厘米的测试对象的前面，使8X9铅柱的映射，请参阅图3a。在接下来的步骤中，BHA BHA（开）有和没有突起将被包括在内。 BHA是一家专门生产Aperturenmaske 6毫米厚的铅，Aperturenanordnung是完全互补的BSA，即孔具有直径为3毫米，并且被布置成格子，如铅圆柱体BSA。 BHA被准确地定位接收BSA在同一个地方。是开放的第二凸起仅添加到试样的光路中。通过上述的方法，确定的色散值的阴影部分（BSA）和Aperturenpositionen茴香醚（BHA投影并打开），而（半径为5个像素），在每种情况下在一个圆形表面平均。为了比较以有意义的方式的散射信号的散射信号的比值计算自由射流信号（总分散比，STR），对于这两种方法，对每个采样值。这是必要的，因为X射线束的有机玻璃板的衰减BSA（特别是由散射），最初导致较低的散射牛血清白蛋白的绝对值。

图3：1）铝与BSA的散射测定的试验片的投影。铅柱的位置，指定的采样点后插散射图案。二）测得的信号的总散射率序列（STR）所示为从个人对BSA和BHA方法a）中的采样点。

图中所示的72个测量点（图3a），所测得的可疑交易报告这两种方法被绘制在图3b中。可以理解，这些原则的方法在自由射流区（1-8 9·N·N + 1，N = 1 .. 7）包括STR基因座比对象所涉及的领域中。这可以是很强的影响力的内部检测器的模糊和散射效应（X射线散射，以及光学和电子效应）的解释[7]。此外，检测BSA和BHA方法之间的下列区别：
STR基因座在BSA的情况下，测量对象高于BHA的覆盖范围。
另一方面BHA的边缘区域（上，左，右气缸排的图3a中）大于相应的可疑交易报告BSA特定的可疑交易报告的测量结果。
是1）：一个额外的散射元件在光路的BSA的有机玻璃板，它散射入射X-射线在所有方向上，因此，是一个额外的散射的贡献从BSA期望自己，没有有机玻璃板）于BHA的测量（的情况下被删去。到2）：在该中心的遥远的测量点，一个几何的效果是明显的：确保为深浅不同尺寸的斜视图，在这里发生的有限尺寸（6毫米）的的BSA的气缸或BHA孔，光束方向。虽然远处的阴影的中心缸创建大于在中心，它是与孔的相反，它们被映射为更小的比在中心向边缘。它已知Schattenbzw。 aperturengrößen的影响在这些[8,9]测得的强度。这就解释了BHA更高的STR基因座。
4阶段缸CT散射校正
将会显示出一个例子，参照的台阶筒的CT，实现的散射辐射校正的质量得到了改进，以及以何种方式影响的几何测量。这是一个阶段气缸塑料（聚甲醛，从顶部到底部的缸的直径：5，8，11，14，17厘米，高17厘米，内径为3厘米的孔）tomographed和使用牛血清白蛋白的方法产生一个扩频柄。它是足够一个单一的影像，以修正所有突起的散射，加强圆筒是旋转对称的，并面向对应于转动板。在这里，牛血清白蛋白溶液中加入6个水平偏移位置​​，从而达到更精确的样品的传播模式（较高的水平采样率）。对于在CT突起1080中加入的，在管轴的距离为50厘米的距离检测器100厘米管。有两种不同的重建与第一杂散辐射校正和校正的突起Beamhardenings（BHD）和第二只BHD的校正的执行。图4示出了这两种方式的第二大的气缸的轴向CT截面（直径14厘米）和相应的行的档案。没有散​​射校正（图4b，红色线剖面）揭示了不同的文物。首先，一个典型的拔罐神器，即通过拱线分布均质材料区域。另一方面，的孔的面积（空气）中的轮廓线比在外侧（空气）具有不同的灰度值。 BSA的散射校正这些文物可以大大减少（图4a和黑线轮廓）。

图4：显示在一个轴向CT的台阶筒部分：1）的Beamhardening和散射校正，二）与的唯一Beamhardening校正角）的谱线轮廓的灰度值梯度）和b）

非常相似的工件，可识别出在图5所示的横截面，通过冠状面的步骤缸。你可以找到同样在图5b，拔罐神器通知。另一方面，轴向的孔的面积（空气）中的轮廓线具有阶梯形当然，
即空气被重建与依赖的直径上的灰度等级水平（图5c）。库恩与Lettenbauer的[10]它表明，在三维测量与Isoschwellwert过程的困难，这样的引线。通过的散射校正这些文物可以是一个相当大的改善（图5a和黑线轮廓）。其余的条源于锥束伪影，通过其它方法，必须更正。

​

图5：CT截面的台阶筒（前）：与的唯一Beamhardening校正，三））Beamhardening和散射校正，二）在所示的谱线轮廓的灰度值梯度）和b）

除了质量改进，散射校正影响的三维测量。重建CT卷有两个VG 2.0 StudioMAX缸几何适合在气缸水平，内外。这样的结果，可以发现在表1中。相比较而言，它是不是正确的绝对值，但示出的幅度只有约散射辐射校正导致的测量值的变化。

表1：外部和内部的气缸直径的几何测量，分别在一列BHD-校正和未来的重建的重建BHD和散射校正

结果表明，通过校正的散射辐射的外筒的直径略小（约4-8微米）。与此相反，散射校正所述内筒的放大约4-22微米的范围内。可以看出，架空的小气缸的影响远小于底层大。这是解释的散射主要比率（SPR），这是较大的下部区域中比在上部。相应的CT模拟，假定理想的拍摄条件和许可证，只是调查的散射辐射的影响，证实了几何形状的表1的变化趋势和幅度

5小结
两个互补的突起内的散射成分的测定，实验方法的BSA和BHA方法进行了介绍和比较。事实证明，新引进的BHA的方法具有以下优点比传统BSAMethode的：防止产生额外的散射辐射，因为它是与BSA法的情况下，通过有机玻璃板，另一方面由几何方面，泄漏成分的测定，特别是在突起的边缘区域更准确地。 CT的台阶筒所示的例子中BSA的校正方法导致的工件的显着降低首先，其次影响的尺寸的测量值都是正的。这尤其影响了相关的内筒，他们从CT直径增加约16-22微米的散射辐射校正由于决定。

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