用于探测电离辐射的探测器和方法
阅读：309发布：2020-05-12
专利汇可以提供用于探测电离辐射的探测器和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于探测 电离 辐射 的探测器(22’)，包括：直接转换 半导体 层(36)，所述直接转换半导体层用于响应于入射 电离辐射 来生成 载荷 子；以及对应于 像素 的多个 电极 (34)，所述多个电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的 信号 ；其中，所述多个电极(34)中的一电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述 中心电极 并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子。本发明还涉及一种探测方法和一种成像设备。，下面是用于探测电离辐射的探测器和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于探测电离辐射的探测器(22’)，包括：
直接转换半导体层(36)，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及
对应于像素的多个电极(34)，所述电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的信号；
其中，所述多个电极(34)的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子；
所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织；以及
所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿所述纵向方向布置。
2.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中，所述探测器进一步包括：
读出电子装置(44)，所述读出电子装置用于基于由所述中心电极生成的中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的至少两个另外的信号确定所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。
3.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中：
所述梳齿具有矩形形式；
第一相邻电极与第二相邻电极通过所述中心电极的一个梳齿间隔开；和/或所述梳齿在所述纵向方向上具有相同的宽度。
4.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中：
所述多个电极(34)被沿着基本垂直于所述入射电离辐射的方向的直线布置；以及所述中心电极被构造成在一侧与第一相邻电极交织且在另一侧与第二相邻电极交织。
5.根据权利要求4所述的探测器(22’)，其中，所述中心电极的第一半体与第一相邻电极的一半交织，且所述电极的第二半体与第二相邻电极的一半交织。
6.根据权利要求2所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)被构造成将所述中心信号的信号水平与所述至少两个另外的信号的信号水平比较，且在所述中心信号的信号水平高于所述至少两个另外的信号的信号水平时，确定所述入射电离辐射的与所述中心电极的位置对应的位置。
7.根据权利要求6所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)被构造成在所述中心电极的位置被确定为对应于所述入射电离辐射的位置时，使对应于所述中心电极的计数器(58)增加计数。
8.根据权利要求6所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)包括比较器，所述比较器用于将所述中心信号的信号水平与预定阈值比较，以用于通过能量鉴别排除与不期望的噪声效应对应的噪声信号。
9.根据权利要求6所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)包括峰值探测器(60)和比较器(52)，所述峰值探测器用于确定所述中心信号的信号水平的峰值，所述比较器用于将所述峰值与所述至少两个另外的信号的信号水平的峰值比较。
10.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中，所述多个电极(34)中的电极具有相同的尺寸和形状。
11.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中：
所述多个电极(34)被布置在垂直于所述入射电离辐射的方向的平面中；以及所述中心电极被构造成与至少三个相邻电极交织以形成二维栅格。
12.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中，所述中心电极的尺寸比同时生成的载荷子云的直径大两倍。
13.一种成像设备(10)，包括：
辐射源(14)，所述辐射源用于发射电离辐射穿过成像区域(20)；
根据权利要求1所述的探测器(22’)，所述探测器用于探测来自所述成像区域(20)的电离辐射；
门架(12)，所述门架用于支撑所述探测器(22’)以使所述探测器(22’)绕所述成像区域(20)旋转；以及
控制器(28)，所述控制器用于控制所述探测器(22’)以在绕所述成像区域(20)旋转期间探测多个投射位置处的电离辐射。
14.一种探测方法，包括如下步骤：
从对应于像素的多个电极(34)的中心电极接收(S10)中心信号，所述多个电极用于记录由直接转换半导体层(36)响应于入射电离辐射而生成的载荷子，所述中心信号对应于所记录的载荷子，所述多个电极(34)的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子，所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织，所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿着所述纵向方向布置；
从所述至少两个相邻电极接收(S12)至少两个另外的信号；以及
基于所述中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的所述两个另外的信号确定(S14)所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。
15.一种计算机程序，包括程序代码工具，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码工具致使所述计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
用于探测电离辐射的探测器和方法
技术领域
背景技术
[0002] 在医疗诊断应用中，基于电离辐射探测的患者图像生成是一个重要问题。在这种情形中，存在各种成像方法和系统，诸如计算机断层摄影术(CT)、正电子发射断层摄影术(PET)以及单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)。这些成像系统使用探测器，该探测器能够基于所探测到的辐射生成图像。
[0003] 作为闪烁体探测器的替代方式，另一选择是使用包括半导体材料的探测器(也称作光子计数探测器，如从WO 2014/087290 A1可知的)。此类半导体传感器，像作为用于CT的可能候选的用于光子计数直接转换探测器的碲化镉或CZT，与它们的基于电流积分的非光谱闪烁体的对应物相反，是非结构化的。然而，这可能导致相邻探测器像素之间的串扰易感性增加。这种效应通常被称为电荷共享。
[0004] 电荷共享在成像性能上具有两个主要的降级影响：首先，电荷共享是随机的，这是因为它取决于x射线的交互位置。这导致由原始光子携带的能量信息完全损失。其次，电荷共享将信号从一个像素传送至相邻像素，因此也将影响探测系统的调制传递功能。出于上面两个原因，电荷共享的抑制和/或校正对于半导体x射线探测器来说是非常期望的。
[0005] 在Ballabriga等人的“以单光子计数模式工作的具有改进光谱性能的64k像素探测器读出芯片”(A 64 k pixel detector readout chip working in single photon counting mode with improved spectrometric performance,Nucl.Instr.and Meth.A,2010)中给出了一种以单光子计数模式工作的具有新的像素间结构的256x256通道混合像素探测器读出芯片。该芯片目的在于通过减轻各通道之间的电荷共享效应而改进像素探测器中的能量分辨率。对芯片上全部2x2像素簇中的电荷求和，并且在逐事件的基础上以最大总电荷将给定撞击在本地分配至像素加法电路。每个像素也包含具有可编程深度和溢出控制的两个12-位二进制计数器。该芯片可构造成使得每个探测器像素的尺寸匹配一个读出像素的尺寸或探测器像素在面积上比读出像素大四倍。在后者情形中，在较大像素之间逐事件求和仍是可能的。每个像素具有约1600个晶体管以及模拟静态功耗在电荷求和模式中低于15μW且在单像素模式中为9μW。该芯片已经以8-金属0.13μm的CMOS技术制造。
[0006] 在US 2011/0155918 Al中，公开了用于在像素图像探测器中提供共享电荷的系统和方法。一种方法包括以使得通过至少两个像素探测到电荷分布的构造提供用于像素化固态光子探测器的多个像素，并从该至少两个像素获得电荷信息。该方法还包括基于所获得的电荷信息确定电荷分布与多个像素的交互位置。
[0007] 在WO 2004/021698 Al中，公开了一种用于将电磁辐射转换为电信号的探测器布置结构。该探测器布置结构包括敏感区，其中每个敏感区对应相应的电信号，且至少两个敏感区以使得单独的啮合敏感区的非重叠包层也彼此啮合的方式彼此啮合。
[0008] 在Cunningham等人的“具有用于来自单个晶片侧面的二维位置信息的交叉指形像素的宇宙射线探测器(Cosmic-ray detector with interdigitated -finger pixels for two-dimensional position information from a single wafer side,1993)”中，公开了一种用于高能核子的同位素和能量探测的宇宙射线探测器类型。这简化了所需的读出电子装置。
[0009] 然而，仍需要改进光子计数探测器，就它们对电荷共享效应的易感性而言。
发明内容
[0011] 在本发明的第一方面，给出了一种用于探测电离辐射的探测器。所述探测器包括：
[0012] 直接转换半导体层，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及
[0014] 其中，所述多个电极的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子；
[0015] 所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织；以及
[0016] 所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿着所述纵向方向布置。
[0017] 在另一方面，给出了一种成像设备，所述成像设备包括：
[0018] 辐射源，所述辐射源用于发射电离辐射穿过成像区域；
[0019] 如上所述的探测器，所述探测器用于探测来自所述成像区域的电离辐射；
[0022] 在又一方面，给出了一种探测方法，所述探测方法包括如下步骤：
[0023] 从对应于像素的多个电极中的中心电极接收中心信号，所述多个电极用于记录由直接转换半导体层响应于入射电离辐射而生成的载荷子，所述中心信号对应于所记录的载荷子，所述多个电极的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子，所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织，所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿着所述纵向方向布置；
[0024] 从所述至少两个相邻电极接收至少两个另外的信号；以及
[0025] 基于所述中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的所述两个另外的信号确定所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。
[0026] 在本发明的又一方面中，提供了一种计算机程序，包括程序代码工具，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码工具致使所述计算机执行本文中公开的方法的步骤；并且提供了一种非瞬态计算机可读记录介质，所述介质存储计算机程序产品，所述计算机程序产品在由处理器运行时，致使本文中公开的方法得到执行。
[0028] 本发明基于这样的构思，即，在光子计数直接转换探测器中的交错的电极结构能够帮助更好地应对电荷共享。在直接转换半导体层中，入射电离辐射、即入射高能量粒子(诸如X射线光子)，导致生成载荷子。这在本文中也可称为辐射事件。然后，这些载荷子通过电极来记录。通常，阳极记录电子。这些阳极对应于待生成的图像中的像素。多个电极记录入射辐射的位置、能量和强度，并因此能够生成对应的图像。
[0029] 每个辐射事件通常导致生成多个载荷子(它们是同时生成的)。通常，一个单独电极将记录响应于一个辐射事件生成的载荷子。然而，根据这种生成(或转换)的位置，可以用不同的电极记录一个辐射事件的载荷子。在由多个相邻电极记录载荷子时(电荷共享)，这可能导致入射辐射的定位不精确及其能量读数的不精确。本发明能够应对这一问题。
[0030] 根据本发明，电极被构造成每个电极与至少两个相邻电极二维地交织的形式。因此，每个电极与至少两个相邻电极相交。因此，能够总是通过至少两个电极来记录载荷子。如本文中使用的，交织指的是电极被构造成一定程度的重叠。例如，电极可被构造成使得一个电极的突出区段与对应地形成的相邻电极连接。如本文中所使用的，相邻指的是在空间上邻近，且相邻电极彼此隔离开。
[0031] 始终由至少两个相邻电极记录载荷子。这对应于固有的电荷共享，然而，电荷共享能够通过校准来补偿，因为电极的交织区段的尺寸是事先已知的。通过利用至少两个电极来记录每个事件，可以分析这两个电极的读数并可以确定应考虑哪个电极对应于入射辐射的位置。
[0032] 因此，基于一个电极的结构和处理来描述探测器的结构和功能。应理解的是，所述多个电极的其他电极是结构相同的。通常，电极将布置成直线或二维阵列。由所有电极(所有通道)生成的信号进行相同的处理。可行的是，电极形成弯曲结构或平面布置结构。通常，电极将布置成基本垂直于入射辐射。显然，根据探测器的几何形状，可行的是，一些电极(例如，探测器边界处的电极，其在所有侧都没有相邻电极)可能需要单独考虑和处理。
[0033] 本发明的探测器能够克服电荷共享的缺点，即由入射光子(入射电离辐射)携带的能量信息的丢失以及由探测系统的传输调制功能造成的不精确性。与先前的方案比较，根据本发明的探测器能够获得改进的光谱性能和分辨率性能。在诊断医疗X射线成像装置中，诸如乳房摄影扫描器或CT扫描器，这可以最终导致改进的患者治疗。
[0034] 根据第一实施方式，探测器包括读出电子装置，所述读出电子装置用于基于由所述电极生成的中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的两个另外的信号确定所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。该读出电子装置可尤其以硬件和/或以软件来实现。入射电离辐射的位置指的是在直接转换半导体层中入射高能光子或粒子的位置。评估由不同电极或像素(通道)生成的信号，以由此得出哪个电极归属于当前评估的辐射事件。此外，确定入射电离辐射的能量信息。该能量指的是主事件(即入射电离辐射)的能量，该能量基于不同电极的信号评估来确定。读出电子装置的内含物能够获得该信息并最终获得正在包括本发明的探测器的成像设备中进行成像的个人或对象的图像。如本文中所使用的，中心信号指的是一个电极的信号，且另外的信号指的是与该中心电极相邻的电极的信号。通常，如上所述，相同处理将应用于每个通道。
[0035] 在一优选实施方式中，所述电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与至少两个相邻电极交织，所述相邻电极同样地形成；以及所述电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿交错。对于根据本发明的交织的电极结构来说，一种可能性是利用梳状结构。每个电极被构造成具有梳齿的梳状件的形式。于是，可行的是，两个相邻电极的梳齿彼此交织。尤其是，每个梳状电极可在两侧上与相邻电极交织。由这种结构产生的一个优点是能够构造每个电极使其利用其表面的一半与相邻电极相交。此外，所有电极可相同地形成，这可利于制造过程和信号处理。
[0036] 在一实施方式中，所述多个电极被沿着基本垂直于入射电离辐射的方向的直线布置；以及所述电极被构造成在一侧上与第一相邻电极交织且在另一侧上与第二相邻电极交织。如本文中所使用的，基本垂直指的是到发射电离辐射的辐射源的距离差不多是恒定的。因此，电极结构不仅可以是平面的，而且在点状源的情形中也可以是稍微弯曲的。在电极沿着直线布置时，每个电极在其两侧具有两个相邻电极。对于信号处理来说，这意味着针对每个电极，由该电极生成的信号结合由两个相邻电极生成的信号进行处理。用于直线结构的一个示例是如上所述的一串交替排列的梳状电极。
[0037] 此外，优选地，所述电极的第一半体与所述两个相邻电极的第一电极的一半交织，且所述电极的第二半体与所述两个相邻电极的第二电极的一半交织。每个电极利用其表面的一半与两个相邻电极相交或交织的结构能够进行高效的处理，这是因为由两个电极生成的信号是基本上直接相当的。因此，对于一个辐射事件，比较由两个相邻电极生成的信号能够直接确定两个相邻电极中的哪一个已经接收到由该辐射事件生成的全部电荷以及两个电极中的哪一个仅接收到部分电荷。已经接收到全部电荷的电极的位置可被认为是更好地对应于入射辐射的位置。然而，这通常需要电极具有电荷云直径的约两倍的尺寸。
[0038] 在探测器的优选实施方式中，所述读出电子装置被构造成使所述中心信号的信号水平与所述至少两个另外的信号的信号水平进行比较，且在所述中心信号的信号水平高于所述至少两个另外的信号的信号水平时确定与所述电极的位置对应的入射电离辐射的位置。电极的位置是已知的。根据由一个电极生成的信号水平与由其相邻电极生成的信号水平的比较结果，确定该电极的位置是否可被认为是对应于入射辐射的位置，即辐射事件的位置。这种评估基于所生成的信号的信号水平。如本文中所使用的信号水平尤其指的是信号的能量。峰值对应于脉冲幅值。在所述中心信号的信号水平(即由当前评估下的电极生成的信号)高于所述至少两个另外的信号的信号水平(即由所述至少两个相邻电极生成的信号)时，这表示当前评估下的电极是已经接收入射辐射的全部电荷的电极。换言之，由于确定的是总是一个电极捕获入射辐射的全部电荷，所以能够推导出的是具有最高信号水平的电极对应于已经捕获全部电荷的电极。因此，该电极的位置对应于入射电离辐射的位置。
[0039] 优选地，所述读出电子装置被构造成在所述电极的位置被确定为对应于入射电离辐射的位置时，使与所述电极对应的计数器增加计数。计数器对归属于每个电极的辐射事件计数。换言之，对利用每个电极记录的辐射事件的数量和能量进行计数。基于该计数器，则能够重建强度或能量分布，该分布形成用于重建在包括本文公开的探测器的成像设备中接受检查的受检者的图像的基础。该计数器可以硬件和/或软件来实现。多仓ASIC通常至少具有与能量仓或能量阈值一样多的计数器。将增加计数的计数器的选择取决于所记录的能量，即在能量鉴别器(仓)内或高于能量阈值(高于阈值的计数)。
[0040] 在优选实施方式中，所述读出电子装置包括比较器，所述比较器用于将所述中心信号的信号水平与预定阈值比较，以用于通过能量鉴别排除与不期望的噪声影响对应的噪声信号。通常，所有通道将具有比较器。该比较器排除具有太小幅值的脉冲(即由电极生成的信号)，该太小的幅值表示是由电子装置噪声(而不是电荷共享或实际信号)造成的较高可能性。这能够消除由电子装置或其他不期望的影响造成的不期望的噪声影响。仅处理具有高于预定阈值的信号水平的信号。该预定阈值可在校准操作中确定，或也可以分析的方式计算出。在多仓ASIC中，通常每个通道具有4、5或6个比较器。于是，第一比较器用于排除噪声影响的目的，且其他比较器用于能量分离。
[0041] 在另一优选实施方式中，所述读出电子装置包括峰值探测器和比较器，所述峰值探测器用于确定所述中心信号的信号水平的峰值，所述比较器用于将所述峰值与所述至少两个另外的信号的信号水平的峰值比较。该峰值探测器确定由电极生成的信号的脉冲幅值。该峰值或脉冲幅值与由相邻电极生成的另外的信号的信号水平的峰值或脉冲幅值进行比较。由此，能够确定哪个电极接收到全部电荷。
[0042] 优选地，所述多个电极的电极具有相同的尺寸和形状。这允许高效的制造过程。此外，不同电极的信号处理能够进行标准化。
[0043] 在另一实施方式中，所述多个电极被布置在垂直于入射电离辐射的方向的平面中；且所述电极被构造成与至少三个相邻电极交织以形成二维栅格。在需要二维探测器时，即基本平面的探测器，需要每个电极与至少三个相邻电极交织。与直线探测器相比，呈平面形式的探测器具有的优点是需要相对于在成像设备中接受检查的受检者的较少运动。然而，每个电极与至少三个相邻电极交织的电极结构制造起来更加复杂且需要进行更精细地校准。
[0044] 优选地，所述电极的尺寸比同时生成的载荷子云的直径大两倍。通常一个辐射事件，即一个入射高能量粒子，在直接转换半导体层中生成多个载荷子。这可被称作为载荷子云。该载荷子云通过多个电极来记录。因此，一个辐射事件通常对应于一个载荷子云。附图说明
[0045] 参照下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将变得明显并得以阐明。在附图中：
[0046] 图1示意地示出了根据本发明一方面的成像设备；
[0047] 图2示意地示出了现有技术的探测器中不同电极之间的电荷共享效应；
[0048] 图3a和3b示意地示出了交织的电极结构和在该交织结构中的电荷共享效应；
[0049] 图4示意地示出了用在根据本发明的探测器中的交织的电极结构的另一实施方式；
[0050] 图5示意地示出了用在根据本发明的一方面的探测器中的读出电子装置；
[0051] 图6以侧视图示意地示出了根据本发明的探测器；以及
[0052] 图7示意地示出了根据本发明的一方面的方法的步骤。
具体实施方式
[0053] 图1示意地且示例性地示出了根据本发明的用于对对象进行成像的成像设备12，在该示例中，所述成像装置是计算机断层摄影(CT)设备。CT设备10包括能够绕旋转轴线R旋转的门架12，所述旋转轴线平行于z方向延伸。辐射源14(也被称为光子源)，其可以是多色X射线管，被安装在门架12上。辐射源14设置有准直器16，所述准直器利用由辐射源14生成的辐射(光子)形成(例如锥形)辐射束18。辐射贯穿布置在(例如圆柱形)成像区域20(也被称为检查区)中的检查对象(诸如患者)。在已经贯穿成像区域20之后，辐射束18入射在包括二维探测表面的X射线探测器22(用于探测电离辐射的探测器)上。探测器22也被安装在门架12上。
[0054] CT设备10包括两个电机24、26。门架12由电机24以优选为恒定但可调节的角速度驱动。电机26被设置成用于使被布置在成像区域20中的患者台上的对象(例如患者)平行于旋转轴线R或z轴的方向移位。这些电机24、26由例如控制单元28控制以使得辐射源14、探测器22和成像区域20沿螺旋方向相对于彼此移动。然而，也可以是对象不移动，而仅辐射源14和探测器22被旋转，即辐射源14沿相对于对象或成像区域20的圆形轨迹移动。此外，在另一实施方式中，准直器16能够适于形成另一射束形状，尤其是扇形射束，并且探测器22可包括对应于其他射束形状(尤其是对应于扇形射束)来成形的探测表面。
[0055] 在辐射源14和成像区域20的相对移动期间，探测器22基于入射电离辐射来生成信号(也称为探测信号或探测值；优选地每像素一个信号，即每个探测元件一个信号值)。通常，信号在读出电子装置中进行评估，该读出电子装置可被包括在探测器22中或也可集成于基于探测值来重建对象的图像的重建单元30中。由重建单元30重建的图像可以被提供到显示单元32以显示重建的图像。控制单元28优选地还适于控制辐射源14、探测器22和重建单元30。
[0056] 光子计数直接转换探测器通常包括直接转换半导体层，例如碲化镉或CZT(碲锌镉)。在该层中，响应于入射电离辐射生成载荷子，即携带电荷的粒子，诸如电子和空穴。通过阳极和阴极之间的电场，载荷子由多个电极探测到。换言之，入射光子(例如，X射线光子)在该层入射后生成载荷子或载荷子云。通过评估在不同电极处探测到的载荷子的数量，能够获得入射辐射在直接转换半导体层中的空间位置的读数。因此，能够导出在成像区域中的对象的图像。
[0057] 探测器的电极之间的电荷共享效应促成了探测器串扰并降级了半导体探测器的光谱性能和空间分辨率性能。在现有技术中，相邻的像素化阳极通道之间的电荷共享效应的图解示意在图2中示出。该图以俯视图形式示出了探测器22。在所示出的示例中，所示出的多个电极34A-34F可对应于直接转换半导体层36上的金属阳极板36。入射电离辐射，例如x射线光子，撞击半导体并生成载荷子。在图2中，示出了四个不同的交互位置(对应于电荷云)。在理想情形中，待检测的x射线光子的交互发生在恰好中心地环绕一个具体金属阳极的区域中，就像阳极34I一样。在交互位置处于连接两个相邻板的像素阳极中心的直线上时，由x射线生成的电荷将在两个通道之间共享且将观察到对应电子通道中的两个信号，就像在阳极34A和阳极34F之间出现的事件或在阳极34C和阳极34D之间出现的事件一样。在交互位置与四个电极的公共角重合的(稀有)事件中，电荷可能在4个通道上平均分布且将在4个不同的通道(阳极34B、34C、34G和34H)中生成四个相关信号。
[0058] 由于电荷共享，失去了入射的x射线能量和给定通道中聚集的电荷之间的比例性。此外，电荷共享可导致交互事件的不完美的记录或定位。因此，需要探测电荷共享效应的恰好出现。此外，需要量化该效应且需要在参与电荷共享的信号之间进行比较。再者，分配过程必须确定该事件需要分配给的像素。该像素必须被分配该事件，而其他参与的像素必须被阻止记录该事件。
[0059] 为了提供这种功能，本发明提出使用交织的电极结构。该交织的电极结构具有由入射辐射产生的载荷子始终由多个阳极记录的效果。于是，来自一个电极的信号可与来自空间上相邻电极的信号一起共同地进行评估，以允许获得入射辐射位置和/或其能量的更加精确的读数。
[0060] 在图3a和3b中，公开了根据本发明的探测器22’的一维实施方式。回过来参照图2，将不能够在单独处理信号时探测两个相邻阳极之间的电荷共享。这是由于交互位置处于两个像素之间的事实。为避免这种情况，提出了一种更加复杂的阳极结构，如图3a和3b所示。示出了总共六个电极38A-F。电极被构造成具有梳齿的梳状件形式。应该理解的是，探测器将通常沿其纵向轴线在两个方向上延伸且将包括成百上千个相同结构的电极。虚线环绕了对应于一个阳极38E的有效像素。所示出的电极被构造成梳状件的形式。在所示的示例中，一个电极与两个相邻电极交织。例如，电极38E与电极38A和38B部分地交织。电极38A-38F被构造成使得两个梳状栅格的组合填充了一个矩形区域且没有孔洞。两个相邻电极的梳齿交错。优选地，梳状栅格以对称的规则形式交织但仅偏移半个有效像素。出于例示目的，阳极结构在这里示为不具有间隙。在功能实现中，阳极以及尤其是梳齿(也可称作为“阳极指状件”)需要在空间上分离开以确保电绝缘。
[0061] 对于根据本发明的交织的电极结构来说，无论入射的x射线光子的交互位置在哪里，始终存在不受电荷共享影响的至少一个像素梳状件。显然，由于内置的梳状件结构，在相邻电极之间始终存在电荷共享。然而，这种内置电荷共享是已知的(由于电极的结构是已知的)且能够通过能量校准而自动地消除。在这个意义上，在像素梳状件不偏移半个像素的情形中，该交织的梳状件结构将用作信号复制的简单工具。
[0062] 在图3a中，电荷云40通过电极38E来准确地量化。两个相邻电极38A和38B仅记录约一半的电荷。在图3b中，电荷云40’通过电极38E和相邻电极38A来准确地量化。
[0063] 因此，在设定电荷云小于一个梳状电极的尺寸的一半时，始终有一个电极对全能量峰值(光峰)采样且因此能够准确量化该事件的能量。在80μm的电荷云直径的半高宽(FWHM)的情况下，单个梳齿将不得不具有约4μm的宽度(设定每个梳状电极之间的间隙也是4μm)。因此，在设定电荷云的直径为80μm时，将需要160μm的像素。在设定每个梳状结构的电极具有8个梳齿和位于相邻电极的相对梳齿之间的2个非金属化区域时，可行的是梳齿的宽度和间隔的宽度是约160/32＝5μm，或梳齿的宽度是6μm且间隔的宽度是4μm。这些测量值应理解为仅是示例。根据本发明，由一个电极生成的信号可结合由至少两个相邻电极生成的信号来评估。
[0064] 清楚的是，图3中示出的结构仅是出于例示说明的目的。本发明不限于直线结构，而是优选地也可与允许覆盖二维区域的结构一起应用。
[0065] 图4中示出了用于覆盖平面的另一种可能结构。一个中心电极42E具有8个相邻电极42A-D和42F-I。再次，应理解的是，仅示出了一部分结构。通常，探测器将包括布置在一个矩形中的成百上千个像素，该矩形是平面的且垂直于入射电离辐射，或者也可以是弯曲的以便获得到辐射源的恒定距离。再次，每个电极与相邻电极(在该示例中八个相邻电极)交织。多种其他结构是可能的。
[0066] 通常，根据本发明，每个通道或每个像素(对应于电极)将在考虑相邻电极的通道的情况下分别进行评估。为了评估交织的电极的信号，通常使用读出电子装置。为此，可使用IC结构或ASIC，即硬件。然而，也能够以软件(部分地)评估信号，即一些或全部处理步骤是以在处理器上执行的软件来实现的。
[0067] 根据本发明，读出电子装置(或对应软件)利用每个通道的信号。针对每个电极(中心信号)，该信号与两个或多个相邻电极的信号进行比较并确定哪个信号最大(具有最高水平)。在中心信号最大时，记录该计数，即入射电离事件被针对该电极计数。然而，在相邻电极的信号较大时，该计数不被记录给在评估下的电极。这种操作允许仅由未经受电荷共享的信号来触发计数，并且计数的分配也是空间上正确的。应该理解的是，所有通道将通常相同地处理。因此，一个电极被认为是另一电极的相邻电极，反之亦然。
[0068] 在图5中，示出了用于上面概括的操作的读出电子装置的实现方式。再次，如图3中示出的电极具有两个相邻电极的情形(电极基本上沿着直线布置，其中每个电极n具有两个相邻电极n-1和n+1)被认为是示例。每个通道输入具有常规(或其他)工具(即，CSA 46+成形器48)，以提供表示输入电荷的脉冲高度信号。由两个相邻电极50A、50B提供的另外信号的输入将通常相同地进行处理。通过设定至阈值54(能量水平)的比较器52来获得能量鉴别结果。显然，在其他实施方式中，设有多个鉴别器以有效地实现能量分辨探测器。进入事件的探测触发电荷共享比较56，也就是说，在成形器48的输出处由峰值探测器60生成的信号水平在三路比较器56中进行比较以确定哪个电极(n+1、n、n-1)聚集最多电荷。如上参照图3所描述的，在给定梳状件的几何形状的情况下，电极中的至少一个将接收完整电荷(由交互生成的电荷的1/2)。按照定义，所考虑的电极的最大信号必须是在相关联的等同像素区域的范围内记录整个事件的那个。因此，使用3路比较器56生成数字逻辑信号，该数字逻辑信号指示三个中哪一个具有最大信号(情形A)。在该事件在两个梳状件之间相等地共享时(情形B)，由于信号之间的固有差异(例如噪声)，该比较将仍然决定一个单独的梳状件。在其他实施方式中，根据电极的构造，可能的是比较器获得其他输入信号(例如，直线构造对平面阵列)。于是，链接至具有最大信号的梳状件的计数器58是能够响应于所记录的事件而增加计数的仅有的一个。由于两个通道中的噪声可部分地独立，所以可能发生的是两个电极中的全部两个都记录了或都没记录该计数。基于该实现方式，可行的是，3路比较器56的输出反馈至相邻电极以避免这种结果。
[0069] 由于与图3中示出的梳状结构不同，在图4中示出的示例中每个电极与相邻电极的重叠不是一半，所以需要执行对应的校准以使信号相当。
[0070] 此外，在图5中所示的示例性读出电子装置中，仅考虑了一个能量阈值。然而，本发明不限制多能量鉴别的使用。
[0071] 图5中示出的峰值探测器60提供了针对给定事件的最大脉冲高度值。需要通过延迟工具62引入通向3路比较器56的延迟来确保峰值探测器60已经获取到总电荷。由于峰值探测器需要在它能够再次达到目的时重置，所以这控制了获取速度。
[0072] 应理解的是，该实现方式的其他实施方式可以考虑使用并行的多个峰值探测器(通过事件触发器多路复用)，从而消除前述的限制。例如，比较器可被构建成使得逻辑电路阻止具有多个高电平有效的输出，即全部输出是相互排他的且在任意给定时间仅一个输出能够有效，即使在具有相当类似的幅值的事件中。存在多种方法(通过硬件优先、抑制与延迟…来确定)。
[0073] 在又一个实施方式中，可不需要峰值探测器60。由于电荷共享事件在梳状件上瞬时共享，所以能够通过简单、连续地锁定整个收集时间上的最大信号来获得3路比较的结果。
[0074] 在图6中，示出了根据本发明的探测器22’的实施方式的侧视图。再次，该示例对应于直线结构，例如图3中所示的梳状结构。一个电极n具有两个相邻电极n+1和n-1。通常，直接转换半导体层36将布置在电极和辐射源之间。读出电子装置44可布置在电极下方。
[0075] 在图7中，示出了根据本发明的一方面的探测方法。在步骤S10中，从多个电极中的一个电极接收中心信号。在步骤S12中，从至少两个相邻电极接收至少两个另外的信号。在步骤S14中，基于中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的至少两个另外的信号来确定入射电离辐射的位置信息和/或入射电离辐射的能量信息。
[0076] 该方法可在连接至如上所述的探测器的处理器上执行，且由此以软件实现读出电子装置的一些或全部功能。
[0077] 在其他优选实施方式中，尤其是如图3a和3b所示的实施方式中，梳齿具有矩形形式；第一相邻电极与第二相邻电极由所述中心电极的一个梳齿间隔开；和/或梳齿在所述纵向方向上具有相同的宽度。
[0078] 在另一优选实施方式中，读出电子装置被配置成基于中心信号的信号水平乘以二来确定入射辐射的能量。
[0079] 如本文中所使用的，中心电极指的是在两侧具有两个相邻电极的电极。术语“中心电极”用于说明电极布置结构。例如，图3a和3b的电极38B可被认为是中心电极。于是，电极38A和38B是两个相邻电极。然而，任何电极都可以被认为表示中心电极，只要它在两侧具有两个相邻电极。
[0080] 在图3a和3b中，示出的是中心电极的梳齿与相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，中心电极和两个相邻电极沿着该纵向方向布置。例如，电极38B的梳齿与电极38E和38F的梳齿交错。所述纵向方向是由中心电极和两个相邻电极限定的且对应于图3a和3b中的左右方向。换言之，在各电极被沿着基本垂直于入射辐射的方向的直线布置时，该直线的方向限定梳齿交错的方向。沿该直线，一个电极的一个梳齿与另一个电极的一个梳齿交错。
[0081] 与现有技术的阳极构造比较，考虑到将一个像素分成一个像素内的两个不同阳极，因此不存在根据本发明的这样的像素，而是“有效像素”。与以三角形形状相交的阳极相比，本发明的结构的好处在于在探测到交互时，知道最高信号对应于总电荷的恰好一半。因此，换言之，阳极中的至少一个，由于它们是交错的，将总是观察到该能量的一半。也就是说，通过定位具有最大信号的像素，通过知晓需要的校正系数为2，不仅能够确定碰撞光子的位置还能确定碰撞光子的电荷。因此，与现有技术的方案相比，不需要将阳极上的电荷求和。
[0082] 在本发明的实施方式中，通过提供梳齿来实现该效果，即呈直条(即矩形条)形式(例如，图3和3b中所示)而不是例如三角形形式的梳状电极的“指状件”。矩形“指状件”具有恒定的宽度。沿这些“指状件”的矩形的任意位置处的交互将具有相同的结果。与例如三角形形式的其他形式相比，总电荷将取决于它们进入该三角形有多远。
[0083] 此外，在本发明的优选实施方式中(例如，图3和3b中所示)，不存在仅一个电极记录一个事件的中心区域。三角形形式的电极指状件可以是使得由该事件记录的电荷与其位置成比例。然而，利用这点将需要事先知道期望哪个电荷。因此，为了确定总电荷，仍需要累加所有电极的电荷。这是本发明所不需要的。
[0084] 根据本发明的优选实施方式，梳齿在竖直方向上交错地布置(例如，图3和3b中所示)以便每个事件由至少两个电极来记录。有效的ASIC像素是关于“有效像素”交错的类型。因此，始终是两个电极观察到电荷的情形，即记录该事件。因此，电荷共享是确切地已知的，且一个电极总是记录该电荷的一半。因此，总电荷将通过乘以二来获得。
[0085] 本文中描述的电子装置前端(例如，图5中所示)考虑到多个阳极，以定位哪个阳极具有最大信号以及该电荷的一半。
[0086] 因此，本文中公开的设计保证了每次X射线交互所生成的电荷正在导致产生指示至少一个ASIC通道中该事件的全部能量的信号。因此，换言之，本发明不仅提出了交织结构还提出了交错结构。由此，在所述像素内产生一像素。本发明的探测器设计的一个需求可以是电荷云不应显著地超过所述电极结构之一的尺寸的一半。因此，被接受的是总是以信号强度(如上所解释的二分之一的因数)换取上述益处。因此，除了位置重建之外，能够提供总电荷的简单确定。此外，一个很好的特征是通过设计，该交织和交错的阳极以极好的方式解决了线性探测阵列具有的Nyquist采样问题(即，如果你的探测器像素具有D mm的宽度，则需要每D/2 mm采样，以避免在我们的设计中固有的混叠)。
[0087] 换言之，本文所提出的设计解决了电荷共享的问题。通过设置交织和交错的电极，确保总是一个电极捕获一半电荷。因此，除了确定事件的位置之外，还能够通过将所捕获的电荷乘以二来确定总电荷。由此，能够获得简单、有效且相对低廉的信号处理。
[0088] 在本申请中，通常从一个像素的观点来描述信号处理。由这一个像素生成的信号结合由相邻电极生成的信号进行评估，以应对电荷共享效应。然而，应理解的是，该处理通常对每个像素都是相同的。换言之，每个像素生成的信号与相邻像素的信号一起进行评估(除了位于探测器边缘处的像素之外，它们在一侧或多侧不具有相邻像素并且可能需要单独处理)。
[0089] 尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述应被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及所附权利要求书，在实施要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0090] 在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可满足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某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
[0091] 计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，诸如经由因特网或其他的有线或无线电信系统。
[0092] 权利要求书中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。
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