CN103083029B - 光子计数检测器以及光子计数和检测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种光子计数检测器以及光子计数和检测方法。所述光子计数检测器包括：读出电路，被构造为对入射到传感器的多能辐射中的光子计数，其中，针对多能辐射的多个能带中的每个能带对光子计数，读出电路分别与多能辐射照射到的区域的像素对应，每个读出电路被构造为对多能辐射的多个能带中的一个预定能带中的光子计数，一部分读出电路被构造为对多能辐射的除了多个能带中的一个预定能带以外的至少一个能带中的光子计数。

Description

光子计数检测器以及光子计数和检测方法

本申请要求于2011年11月1日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0112875号韩国专利申请的权益，其全部公开为了所有目的而通过引用包含于此。

技术领域

以下描述涉及一种光子计数检测器以及用于生成医疗图像的光子计数和检测方法。

背景技术

当前使用的许多医疗设备采用辐射作为工具来执行对象或患者的估计。以这种方式采用辐射的另外的医疗设备继续被开发。随着近来在使用辐射的X射线成像系统中从模拟技术到数字技术的趋势，针对用作数字X射线成像系统的核心部件的X射线检测器已经发生了快速进步。数字X射线检测方法大致可分为间接方法和直接方法。直接方法通过从X射线到可见光然后从可见光到电信号的连续转换来生成图像。间接方法通过X射线信号到电信号的直接转换来生成图像。

X射线检测方法可包括积分方法和光子计数方法，在积分方法中，通过在预定持续时间内生成的电信号的积分来生成图像信号，在光子计数方法中，通过对入射的X射线光子计数来生成图像信号。光子计数方法可通过单一发射(即，X射线的小的曝光)以可区分的X射线能带来创建高质量图像。其结果是，已经并且将继续对光子计数方法开展高度研究。

发明内容

在一个总的方面，提供一种光子计数检测器，包括读出电路，被构造为对入射到传感器的多能辐射中的光子计数，其中，针对多能辐射的多个能带中的每个能带对光子计数，读出电路分别与多能辐射照射到的区域的像素对应，每个读出电路被构造为对多能辐射的多个能带中的一个预定能带中的光子计数，一部分读出电路被构造为对多能辐射的除了多个能带中的一个预定能带以外的至少一个能带中的光子计数。

光子计数检测器的总的方面还可提供：读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路，N×N读出电路中的每个读出电路包括第一计数器和第二计数器，第一计数器被构造为对多个能带中的一个预定能带中的光子计数，第二计数器被构造为对至少一个能带中的一个能带中的光子计数，其中，N×N读出电路的第二计数器选择性地并分别对彼此不同的能带中的光子计数。

光子计数检测器的总的方面还可提供：N×N读出电路中的每个读出电路还包括比较单元，比较单元被构造为将由传感器转换的电信号与多个阈值比较。第一计数器基于来自N×N读出电路中的每个读出电路的比较单元的第一比较器的所述电信号与所述多个阈值中的第一阈值之间的比较结果，对多个能带中的一个预定能带中的光子计数。第二计数器基于所述电信号与所述多个阈值中的第二阈值之间的多个比较结果，对至少一个能带中的一个能带中的光子计数，第二计数器从N×N读出电路的比较单元的第二比较器接收所述多个比较结果。

光子计数检测器的总的方面还可提供：第二计数器对光子计数，直到接收到指示由传感器转换的电信号的幅值大于第二阈值的幅值的比较结果。

光子计数检测器的总的方面还可提供：N×N读出电路中的每个读出电路还包括逻辑电路，逻辑电路被构造为使用与第二阈值的多个比较结果来执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到第二计数器。第二计数器基于来自逻辑电路的逻辑运算的结果来对光子计数。

光子计数检测器的总的方面还可提供：所述逻辑电路是OR门。

光子计数检测器的总的方面还可提供：N×N读出电路中的每个读出电路还包括：积分器，被构造为累积从传感器接收的经过从相应的一个光子的光电转换的电信号；比较器，被构造为将来自积分器的累积的电信号与多个阈值中的一个阈值比较；信号处理器，被构造为根据比较结果指示从多个阈值中的一个阈值到多个阈值中的另一个阈值的依次切换，并基于来自比较器的与阈值的依次比较的结果输出区分光子的能带的数字信号。第一计数器基于从信号处理器接收的指示与多个阈值中的第一阈值的比较结果的数字信号，对多个能带中的一个预定能带中的光子计数。第二计数器基于从信号处理器接收的指示与多个阈值中的第二阈值的比较结果的数字信号，对至少一个能带中的一个能带中的光子计数。

光子计数检测器的总的方面还可提供：信号处理器还被构造为从其他N×N读出电路的信号处理器接收与第二阈值的比较结果，并将接收的比较结果输出到第二计数器。

光子计数检测器的总的方面还可提供：信号处理器还被构造为使用从其他N×N读出电路的信号处理器接收的与第二阈值的比较结果来执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到第二计数器。

光子计数检测器的总的方面还可提供：所述逻辑运算是OR运算。

在另一个总的方面，提供一种在用于对入射到传感器的多能辐射中的光子计数的读出电路中的光子计数和检测方法，其中，针对多能辐射的多个能带中的每个能带对光子计数，所述方法包括：确定光子的能带；如果确定的光子的能带是预定能带，则在与光子入射到的像素对应的一个读出电路中对光子计数；如果确定的光子的能带是与所述预定能带不同的一个能带，则在一部分读出电路中的一个读出电路中选择性地并分别对光子计数，其中，所述一部分读出电路包括与不同能带中的光子入射到的像素对应的读出电路。

光子计数方法的总的方面还可提供：读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路。对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的步骤包括：如果与光子入射到的像素对应的读出电路具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器，则在与光子入射到的像素对应的读出电路中对光子计数；如果与光子入射到的像素对应的读出电路不具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器，则将确定能带的结果输出到N×N读出电路的具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器的读出电路。

光子计数方法的总的方面还可提供：确定能带的步骤包括将通过传感器接收的电信号与多个阈值比较。

光子计数方法的总的方面还可提供：基于与多个阈值中的第一阈值的比较结果来对所述预定能带中的光子计数。

光子计数方法的总的方面还可提供：读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路。基于使用与多个阈值中的第二阈值的比较结果的逻辑运算的结果来对不同能带中的光子计数，其中，所述比较结果从N×N读出电路输出。

光子计数方法的总的方面还可提供：所述逻辑运算是OR运算。

光子计数方法的总的方面还可提供：基于与多个阈值中的第二阈值的比较结果来对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数。

光子计数方法的总的方面还可提供：确定能带的步骤包括：累积从传感器接收的经过从相应的一个光子的光电转换的电信号；将累积的电信号与多个阈值中的一个阈值比较；根据累积的电信号的比较结果指示从多个阈值中的一个阈值到多个阈值中的另一个阈值的依次切换；并基于与多个阈值的依次比较的结果输出区分光子的能带的数字信号。

光子计数方法的总的方面还可提供：如果累积的电信号的幅值大于所述多个阈值中的第一阈值的幅值，则执行对所述预定能带中光子计数的步骤。

光子计数方法的总的方面还可提供：如果累积的电信号的幅值大于所述多个阈值中的第二阈值的幅值，则执行对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的步骤。

光子计数方法的总的方面还可提供：读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路。基于使用与多个阈值中的第二阈值的比较结果的逻辑运算的结果来对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数，其中，所述比较结果从N×N读出电路输出。

从以下详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面可以是明显的。

附图说明

图1是示出医疗成像系统的配置的示例的示图。

图2是示出图1的光子计数检测器的示例的透视图。

图3是示出图1的光子计数检测器的另一示例的剖视图。

图4是示出图3的读出电路的示例的框图。

图5是示出共享计数器的多个读出电路的示例的框图。

图6是示出共享计数器的多个读出电路的示例的电路示意图。

图7是示出描述通过光子计数检测器针对每个像素生成图像的示例的示图。

图8是示出图3的读出电路的示例的框图。

图9是示出图3的读出电路的示例的电路图。

图10是示出在图8的读出电路中包括以时间序列执行的处理的区分光子的多个能带的方法的示例的流程图。

图11是示出光子计数检测器的另一示例的电路示意图，在所述光子计数检测器中，其示例在图9中被示出的读出电路共享计数器。

图12是示出光子计数和检测方法的示例的流程图。

贯穿附图和详细描述，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，可夸大这些元件的相对尺寸和描述。

具体实施方式

提供以下详细描述以帮助读者全面地理解这里描述的方法、设备和/或系统。因此，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改以及等同物将被推荐给本领域的普通技术人员。此外，为了增加清晰和简明，可省略公知功能和结构的描述。

图1是示出医疗成像系统的配置的示例的示图。参照图1，医疗成像系统包括辐射生成器10、光子计数检测器11和图像生成器12。医疗成像系统可使用传感器来检测已经通过辐射目标(诸如身体部分)的多能辐射。医疗成像系统可针对包含在检测到的多能辐射中的每个能带，使用传感器来对检测到的多能辐射中的光子计数。医疗成像系统基于计数的光子生成身体部分的多分辨率图像13和14。

通过辐射目标的多能辐射吸收的量取决于辐射目标的类型和密度以及辐射的能带。例如，骨骼可吸收大量的X射线，而肌肉可吸收比骨骼吸收的X射线的量更少的X射线。因此，从辐射生成器10发出的辐射可包括透过骨骼之后与透过其他身体组织之后的光子数量不同的多个光子。因此，每个能带的光子数量可以不同。也就是说，从辐射生成器10发出的辐射在透过目标骨骼之后可包括的每个能带的光子数量不同于从辐射生成器10发出的辐射在透过其他目标身体组织之后可包括的每个能带的光子数量。

图像生成器12可生成与多能辐射通过辐射生成器10照射到的区域的每个像素对应的身体组织的清晰的X射线图像，所述身体组织的清晰的X射线图像基于光子计数检测器11对每个能带的光子的计数。

辐射生成器10生成辐射并将辐射照射到患者。从辐射生成器10生成的辐射可以是例如超声波、α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线中的任何一种。通常，辐射可表示X射线，X射线可产生对人体无害的电离辐射。为了便于解释，这里描述的一般方面将重点放在X射线作为示例来描述；然而，本领域普通技术人员可理解，基于针对每个能带的光子计数的数据，可使用其他辐射射线来创建图像。

光子计数检测器11包括与将要成像的目标的区域对应的读出电路，其中，多能辐射通过辐射生成器10照射到该区域。例如，读出电路可分别与多能辐射通过辐射生成器10照射到的区域的像素对应。

光子计数检测器11将在读出电路中进行的光子的计数输出到图像生成器12。多能辐射通过辐射生成器10照射到的区域中的像素的量对应于读出芯片中分别与所述像素对应的读出电路的量。其结果是，图像生成器12可生成更高分辨率的图像。此外，多能图像可通过针对每个能带对多能辐射中的光子计数而被生成。其结果是，可使用多能带图像来生成高对比度图像。

通过图像生成器12生成的高分辨率图像提供检测非常小的局部病变所需的信息。通过多能图像的适当图像处理生成的高对比度图像提供将诸如肿瘤的肿块与相邻的软组织区分所需的信息。例如，涉及具有几十微米大小的钙化点的检测的X射线乳房摄影术需要高分辨率图像。然而，由于相邻组织之间的相对高的对比度，因此不需要高对比度图像来检测小的病变。另一方面，为了将诸如肿瘤的肿块与相邻的软组织区分，需要高对比度图像，而由于这种肿块的相对大的尺寸，不需要高分辨率图像。图像生成器12可通过仅一剂量的辐射来生成高分辨率图像和高对比度图像二者，从而能够同时检测小的病变和肿块。

光子计数检测器11可采用小的读出电路来生成高分辨率图像。以阵列形式设置在读出芯片中的读出电路可针对电信号的幅值对从相应的单位传感器接收到的电信号计数，并将电信号计数输出到图像生成器12。占用整个传感器部分区域的每个单位传感器通过单位传感器的单位输出端子将从检测到的光子生成的电信号输出到读出芯片的相应读出电路。

通过每个读出电路从单位传感器接收的电信号可以以电荷积分模式或光子计数模式被读出。电荷积分模式使用电容器来对电荷积分，在所述电荷中，在预定持续时间内生成的电信号被累积，并且通过模数转换器(ADC)被读出。这种模式在所有能带中对从光子生成的电信号积分。其结果是，电荷积分模式无法针对每个光子能带将电信号转换为数字信号。

另一方面，在光子计数模式中，读出电路将从用于检测光子的单位传感器接收到的电信号与阈值比较，并输出指示“1”或“0”的数字信号。计数器对“1”的发生计数，并输出数字形式的数据。每当每个信号被生成时，光子计数模式将从单个光子生成的信号与预定阈值比较，并对信号计数。可基于光子计数模式使用读出电路来实现光子计数检测器11，其中，读出电路可针对每个光子能带对从相应的单位传感器接收到的光子计数。

图2是示出图1的光子计数检测器11的示例的透视图。参照图2，光子计数检测器11包括传感器21和读出芯片22。传感器21可检测已经穿过目标(诸如身体部分)的多能辐射中的光子，将检测到的光子转换为电信号，并通过传感器21的单位输出端子将电信号输出到读出芯片22的读出电路23。传感器21可与多能辐射照射到的区域对应。与多能辐射照射到的区域的每个像素对应的传感器的区域被称为“单位传感器”。单位传感器将每个入射的光子转换为电信号，并通过单位传感器的单位输出端子输出电信号。

读出芯片22在尺寸上可对应于多能辐射照射到的区域，并且在尺寸上对应于传感器21。读出芯片22可包括分别与多能辐射照射到的区域的像素对应的读出电路23。因此，多能辐射照射到的区域的尺寸可确定读出芯片22的尺寸。为了在多能辐射照射到的区域中形成更大量的具有特定尺寸的像素，分别与多能辐射照射到的区域的像素对应的读出电路23可能需要很小，以具有像素的特定尺寸。当读出电路23的尺寸被缩小从而多能辐射照射到的区域被划分为非常多的特定大小的像素时，可针对多能辐射照射到的区域生成高分辨率图像。

图3是示出图1的光子计数检测器11的另一示例的剖视图。参照图3，光子计数检测器11包括传感器31和读出芯片32。传感器31可检测光子，将检测到的光子转换为电信号，并通过结合件34将转换的电信号输出到读出芯片32的与传感器31的区域对应的读出电路33。

当光子进入传感器31的耗尽区312时，传感器31可生成电子空穴对，所述电子-空穴对被电场拖向中性n-区域311和中性p-区域313，从而电流可从传感器31流出。例如，当多能X射线进入传感器31时，传感器31可生成针对多能X射线中的光子的能带具有不同幅值的电信号，并通过分别与传感器31的单位传感器对应的中性p-区域313将生成的电信号输出到读出芯片32的读出电路33。中性p-区域313是传感器31中的单位传感器的单位输出端子。当在传感器31的分别与多能辐射照射到的区域的像素对应的单位传感器中检测到光子时，传感器31可通过单位传感器的单位输出端子将电信号输出到读出芯片32的读出电路33。

传感器31可根据入射的多能X射线中的光子的数量，针对入射的多能X射线中的光子的能带生成不同幅值的电信号。当接收到光子时，传感器31可例如在特定时间间隔内生成电信号。用于生成电信号的时间间隔可足以使光子计数检测器11将光子的能带与输入的电信号区分。通过传感器31生成的电信号之间的时间间隔可不足以使光子计数检测器11区分光子的能带，但这种情况是不可能存在的。因此，电信号之间的时间间隔对整个图像的生产具有微不足道的影响。

在图3的示例中，虽然传感器31包括中性n-区域311、耗尽区312和中性p-区域313，但是本领域普通技术人员将理解，各种传感器中的任何一种可用于检测光子。此外，虽然在图3的示例中通过结合件34来连接，但是传感器31和读出芯片32可通过各种方法中的任意一种(例如，通过气相沉积)来连接。

读出芯片32是可分别对应于传感器31的单元传感器的读出电路33的阵列。读出电路33可将入射到传感器31的光子的能带与从传感器31接收的电信号(所述电信号从传感器31中的那些光子被生成)区分，对每个能带中的光子计数，并将计数的光子输出到图像生成器12。

读出芯片32在尺寸上可与多能辐射照射到的区域对应，读出芯片32中的读出电路33可分别与多能辐射照射到的区域的像素对应。为了生成高分辨率图像，多能辐射照射到的具有特定尺寸的区域可能需要被划分为更多数量的像素。其结果是，分别与多能辐射照射到的区域的像素对应的读出电路33需要更小。图像生成器12可基于与多能辐射照射到的区域的每个像素对应的读出电路的光子计数，针对每个像素来生成图像。

读出电路33可区分入射的多能X射线中的光子的能带，输出指示光子的能带的数字信号，并从数字信号对每个能带中的光子计数。每当从相应单位传感器接收到电信号时，读出电路33可将电信号的幅值与预定阈值比较，以区分多能辐射中的光子的能带，并针对每个能带对光子计数。例如，如果比较结果指示从相应单位传感器接收到的电信号的幅值大于预定阈值，则读出电路33的相应计数器可针对每个能带对光子计数。

结合件34连接传感器31和读出芯片32的读出电路33，以允许在传感器31的区域中生成的电信号传输到读出芯片32的相应读出电路33。在图3的示例中，虽然传感器31和读出芯片32的读出电路33通过结合件34来连接，但是各种方法中的任何一种可用于连接传感器31和读出芯片32的读出电路33。例如，传感器31可通过使用半导体工艺(例如，气相沉积)连接到读出芯片32。然而，本领域普通技术人员将理解，可使用任何连接方法。

图4是示出图3的读出电路33的示例的框图。参照图4，读出电路33包括放大器41、比较单元42和计数单元43。放大器41可从传感器31接收从由传感器31检测到的光子转换的电信号并放大该电信号，并且将放大的电信号输出到比较单元42。

比较单元42包括比较器421至423，比较器421至423可从放大器41接收放大的电信号，分别将放大的电信号与预定阈值比较，并将比较结果输出到计数单元43。比较单元42的比较器421至423可分别对应于阈值。比较器421可将阈值Vth1与来自放大器41的放大的电信号比较。比较器422可将阈值Vth2与来自放大器41的放大的电信号比较。比较器423可将阈值VthN与来自放大器41的放大的电信号比较。在图4的示例中，虽然仅有三个比较器被示出，但是比较单元42可包括与阈值的数量一样多的比较器。

可设置阈值Vth1至VthN以区分多能辐射中的光子的能带。例如，可预先确定阈值Vth1至VthN具有从最小值到最大值的顺序。其结果是，阈值可用来区分多能辐射中的光子的能带。此外，在对从多能辐射中的光子生成的电信号的幅值进行测量之后，区分这些电信号的电压电平可以被设置为阈值Vth1至VthN。

比较器421至423中的每一个可将相应阈值与来自放大器41的放大的电信号的比较结果输出到相应的计数器。例如，如果来自放大器41的放大的电信号大于阈值Vth1，则比较器421可将“1”输出到计数器431。如果来自放大器41的放大的电信号不大于阈值Vth1，则比较器421可将“0”输出到计数器431，或者可不将信号输出到计数器431。其他比较器422至423可以以与比较器421相同的方式来操作。本领域普通技术人员将理解，来自比较单元42的指示各种比较结果的输出信号可以是不限于以上形式的各种形式中的任意一种。

计数单元43包括计数器431、432。计数器431、432可从比较单元42接收比较结果，针对每个能带对多能辐射中的光子计数，并将计数结果输出到图像生成器12。

计数器431、432可从比较器421至423中的一个(而不是从相同的比较器)接收比较结果。例如，如果计数器431从比较器421接收比较结果，则计数器432将不从比较器421接收比较结果，而可从比较器422或从比较器423接收比较结果。在从比较器421接收比较结果之后，如果计数器432没有从比较器422、423接收比较结果，则计数器431还可从比较器422、423接收比较结果。计数器431、432可从读出电路33以及其他相邻的读出电路中的任何比较器接收比较结果，但是计数器431、432的一个不能从已经将结果输出到计数器431、432中的另一个的比较器接收结果。将参照图5对此进行描述。

图5是示出2×2阵列的读出电路的示例的框图，所述2×2阵列的读出电路用于描述针对每个能带对入射到多能辐射照射到的区域的2×2像素的光子计数。图5是2×2阵列的读出电路的简化示图，所述2×2阵列的读出电路用于描述针对每个能带对光子计数，所述示图没有示出读出电路可包括的放大器，并且在每个读出电路中仅示出两个比较器。在图5示出的示例中，虽然仅在第一读出电路51中示出逻辑门513，但是这种简化用于方便理解使用两个比较器的一般方面。在一些方面中，第一读出电路51至第四读出电路54可如图6的示例所示均包括逻辑门。

当多能辐射照射到的区域被划分为2×2阵列的像素时，光子计数检测器11可包括分别与2×2像素对应的2×2阵列的读出电路。以下，将描述2×2读出电路的操作的示例，其还可应用于N×N阵列的读出电路。

第一读出电路51至第四读出电路54可对预定能带中的光子以及排除该预定能带的一个或多个不同能带中的光子计数。第一读出电路51至第四读出电路54中的每个包括用于对预定能带中的光子计数的第一计数器。第一读出电路51至第四读出电路54中的每个可基于比较器511、521、531和541的比较结果对预定能带中的光子计数。

第一读出电路51包括另一计数器515，计数器515基于从第一读出电路51至第四读出电路54接收的比较结果对排除所述预定能带的不同能带中的光子计数。第一读出电路51的计数器515对入射到分别与第一读出电路51至第四读出电路54对应的2×2像素的第二能带中的光子计数。这种计数指示第二能带中的光子已经入射到2×2像素，而不可指示这些光子已经入射到哪个(些)像素。与基于从所有2×2读出电路输出的预定能带中的光子的计数而生成的图像相比，基于仅从2×2电路中的一个输出的第二能带中的光子的计数而生成的图像可具有大约1/4的低分辨率。即，来自第二能带的光子的图像对于2×2像素可以相同。

第一读出电路51的计数器515可基于第一读出电路51至第四读出电路54的比较器512、522、532和542的比较结果来执行计数。比较器512、522、532和542可将来自(图4中示出的)放大器41的放大的电信号与阈值Vth2比较，并将比较结果输出到第一读出电路51的计数器515。例如，如果指示来自放大器41的放大的电信号大于阈值Vth2的信号(例如“1”)被接收两次，则第一读出电路51的计数器515可对这些信号计数两次。阈值Vth1是比较器511、521、531和541可与来自放大器41的放大的电信号比较的阈值，而阈值Vth2是比较器512、522、532和542可与来自放大器41的放大的电信号比较的阈值。

第一读出电路51可包括逻辑门513，逻辑门513对从分别在第一读出电路51至第四读出电路54中的比较器512、522、532和542接收到的信号执行逻辑运算。如果第一读出电路51包括逻辑门513，则第一读出电路51至第四读出电路54的比较器512、522、532和542可将比较结果输出到第一读出电路51的逻辑门513。逻辑门513可以是逻辑电路的部件，并可执行例如AND(与)、OR(或)或NOR(或非)运算。在另一方面，逻辑门513可以是包括多个逻辑门的电子电路的部件。例如，如果逻辑门513是OR门，则当从第一读出电路51至第四读出电路54的比较器512、522、532和542中的一个或多个接收到信号“1”时，第一读出----电路51的计数器515可执行计数。

在图5的示例中，第二读出电路52至第四读出电路54中的每个可分别仅包括计数器523、533和543。其结果是，第二读出电路52至第四读出电路54中的每个可与第一读出电路51共享计数器515。相对于每个读出电路包括两个计数器，这可减小读出电路的尺寸。具有减小的尺寸的读出电路的使用可确保多能辐射照射到的区域被划分为分别与读出电路对应的更小的像素。多能辐射照射到的且具有特定面积的区域可被划分为大量的像素，从而可使用针对每个像素的光子计数来生成高分辨率图像。图像生成器12可使用通过针对多能辐射照射到的区域的每个像素中的每个能带对光子计数而获得的数据来生成高对比度图像。图像生成器12可从光子计数检测器11接收针对每个能带的光子计数，并基于光子计数生成针对每个光子能带的图像。

图像生成器12可通过使用针对每个能带生成的图像来生成高对比度图像。通过特定身体部分的光子透射的程度可取决于光子的能带。因此，使用不同能带中的光子的透射程度可生成高对比度图像。第一读出电路51与其他读出电路共享计数器515可减小光子计数检测器11的尺寸。其结果是，可使用来自读出电路的第一能带中的光子计数来生成高分辨率图像。通过使用每个光子能带的光子数据，图像生成器12可生成高对比度图像，其中，基于通过第一读出电路51的计数器515的入射到2×2像素的第二能带中的光子计数以及来自第一读出电路51至第四读出电路54的第一能带中的光子计数来获得所述光子数据。

在图5示出的示例中，虽然每个读出电路包括两个比较器，但是每个读出电路可包括多于两个的比较器。在另一方面，每个读出电路可包括四个比较器和两个计数器。在该方面，第一读出电路51可基于来自放大器41的放大的电信号与阈值Vth2的比较结果对第二能带中的光子计数，第二读出电路52可基于来自放大器41的放大的电信号与阈值Vth3的比较结果对第三能带中的光子计数，第三读出电路53可基于来自放大器41的放大的电信号与阈值Vth4的比较结果对第四能带中的光子计数，第四读出电路54可基于来自放大器41的放大的电信号与阈值Vth5的比较结果对第五能带中的光子计数。

图6是示出光子计数检测器的示例的电路示意图，在所述光子计数检测器中，其示例在图3中被示出的读出电路共享计数器。参照图6，第一读出电路61至第四读出电路64中的每个包括两个计数器。第一读出电路61包括计数器616和617以及比较器611至615。第二读出电路62包括计数器626和627以及比较器621至625。第三读出电路63包括计数器636和637以及比较器631至635。第四读出电路64包括计数器646和647以及比较器641至645。

第一读出电路61至第四读出电路64分别与其他读出电路共享计数器617、627、637和647。第一读出电路61的计数器617可基于来自比较器612、622、632和642的比较结果执行计数。第二读出电路62的计数器627可基于来自比较器613、623、633和643的比较结果执行计数。第三读出电路63的计数器637可基于来自比较器614、624、634和644的比较结果执行计数。第四读出电路64的计数器647可基于来自比较器615、625、635和645的比较结果执行计数。

第一读出电路61至第四读出电路64中的每个包括逻辑电路618、628、638和648，逻辑电路618、628、638和648对来自相应比较器的信号执行运算并将运算结果输出到各个计数器617、627、637和647。逻辑电路可以是用于对从第一读出电路61至第四读出电路64的相应比较器接收到的信号执行逻辑运算的电子电路。例如，第一读出电路61包括逻辑电路618，逻辑电路618对从比较器612、622、632和642接收到的信号执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到计数器617。第一读出电路61至第四读出电路64的比较器612、622、632和642可将比较结果输出到逻辑电路618，然后逻辑电路618可基于从比较器612、622、632和642接收到的比较结果执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到第一读出电路61的计数器617。例如，如果逻辑电路618是OR门，则当从第一读出电路61至第四读出电路64的比较器612、622、632和642中的一个或多个接收到指示来自放大器的放大的电信号大于第二阈值Vth2的信号“1”时，第一逻辑电路618可将“1”输出到第一读出电路61的计数器617。

在图6示出的示例中，虽然四个相邻的读出电路61至64共享计数器617、627、637和647，但是N个相邻的读出电路可共享计数器。当N个相邻的读出电路共享计数器时，读出电路中的每个可包括N+1个比较器，并且这些比较器中的一个可将比较结果输出到相应读出电路的计数器。随后，该计数器可输出预定能带中的光子计数，以生成高分辨率图像。相应读出电路的其他计数器可输出排除预定能带的其他不同能带中的光子计数，以生成高对比度图像。不同能带在读出电路之间可以不同。光子可具有N个不同能带。N个相邻的读出电路可分别对N个不同能带中的光子计数。因为N个读出电路中的每个包括用于基于从N+1个比较器中的一个接收到的比较结果来执行计数的计数器，所以图像生成器12可基于从每个读出电路接收到的特定能带中的光子计数来生成高分辨率图像。因为N个读出电路中的每个包括用于对不同能带中的光子计数的另一计数器，所以图像生成器12可基于从读出电路接收到的不同能带中的光子计数来生成针对每个能带的图像。与一个像素对应的每个读出电路不包括用于对整个能带范围中的光子计数的多个计数器，而包括用于对与其他读出电路中计数的光子的能带不同的不同能带中的光子计数的计数器。因此，读出电路可具有减小的尺寸。这可导致分别与读出电路对应的像素的尺寸减小，从而能够生成高分辨率图像。

在图6示出的示例中，因为四个读出电路共享计数器617、627、637和647，所以为了在四个读出电路之间使用减少数量的计数器，读出电路中的每个比较器不需要连接到相应计数器。基于来自计数器617、627、637和647的光子计数而生成的图像可具有基于来自计数器616、626、636和646的光子计数而创建的图像的1/4分辨率。例如，来自第一读出电路61的计数器617的第二能带中的光子计数是入射到多能辐射照射到的区域的像素上的光子的计数，该区域对应于第一读出电路61至第四读出电路64。因此，当图像生成器12基于来自第一读出电路61的计数器617的第二能带中的光子计数而生成针对与第一读出电路61至第四读出电路64对应的像素的图像时，与针对每个像素生成不同图像时相比，针对每四个像素的相同图像的生成可导致1/4的分辨率。

共享的计数器617、627、637和647输出不同能带中的光子计数，从而图像生成器12可生成具有1/4分辨率的四个图像，并使用所述四个图像生成高对比度图像。所述四个图像来自光子的不同能带。也就是说，因为通过身体部分的辐射的透射程度可根据光子的能带而变化，所以可生成这些不同的图像。通过分析这些特性，图像生成器12可生成高对比度图像。使用如图6所示的读出电路的结构，图像生成器12可基于来自每个读出电路的预定能带中的光子计数来生成高分辨率图像，并可基于来自每个读出电路的不同能带中的光子计数来生成针对每个能带的图像，并且通过使用针对不同能带的图像来生成高对比度图像，其中，每个读出电路包括共享的计数器。

图像生成器12可从每个读出电路接收预定能带中的光子计数，并针对与每个读出电路对应的每个像素生成图像。图像生成器12接收排除预定能带的不同能带中的光子的计数结果，并针对多能辐射照射到的区域的像素生成相同的图像，所述像素分别与彼此共享计数器的读出电路对应。图像生成器12从一个读出电路接收排除预定能带的不同能带中的光子计数，而针对多能辐射照射到的区域的全部像素生成相同的图像，所述像素分别对应于多个读出电路。

图7是示出描述通过光子计数检测器基于光子计数针对每个像素生成图像的示例的示图。图7中示出的示例公开了通过图像生成器12针对2×2像素生成图像。图像1至5是通过图像生成器12针对每个像素生成的图像。光子计数检测器11的每个读出电路将光子计数输出到图像生成器12，以生成图像。然后，图像生成器12通过使用从读出电路接收到的光子计数针对每个像素生成医疗图像。参照图7，图像生成器12从每个读出电路接收预定能带中的光子计数的结果，并基于预定能带中的光子计数针对每个像素生成第一图像。

图像生成器12从读出电路接收第二能带至第五能带中的光子计数，并基于第二能带至第五能带中的光子计数针对与读出电路对应的每个像素生成第二能带至第五能带的第二图像至第五图像。2×2读出电路分别对第二能带至第五能带中的光子计数，图像生成器12从2×2读出电路接收光子计数，并针对分别与2×2读出电路对应的全部2×2像素生成第二图像至第五图像。例如，当第二能带中的光子入射到多能辐射照射到的区域中的2×2像素时，分别与2×2像素对应的2×2读出电路中的一个对入射到2×2像素的第二能带中的光子计数，并将光子计数输出到图像生成器12。图像生成器12基于接收到的光子计数针对全部2×2像素生成第二能带的第二图像。虽然2×2读出电路中仅有一个读出电路对第二能带中的光子计数，但是生成的第二图像针对分别与2×2读出电路对应的全部2×2像素。因为针对2×2像素中的每个生成相同的第二图像，因此与针对2×2像素分别生成不同图像相比，分辨率是1/4分辨率。虽然以上仅描述了第二图像的生成过程，但是可以以与第二图像相同的方式来生成第三图像至第五图像，因此第三图像至第五图像中的每个可具有1/4分辨率。图像生成器12生成的第一图像是全分辨率图像，而第二图像至第五图像是1/4分辨率图像。

图像生成器12可通过使用第一图像至第五图像来生成高对比度图像。即使对于相同的身体部分，辐射的透射程度也根据辐射的能带而变化。因此，即使对于辐射已经透过的相同的身体部分，也可生成不同光子能带的图像。图像生成器12可基于不同能带的图像的分析结果来生成高对比度图像。

图8是示出图3的读出电路33的示例的框图。参照图8，读出电路33包括积分器81、比较器82、信号处理器83、复用器84和计数器85。积分器81可累积从传感器31接收的已经从通过传感器31检测到的光子转换的电信号，并将累积的信号输出到比较器82。积分器81可累积从传感器31输入的电信号，直到从信号处理器83接收到复位命令，并且当从信号处理器83接收到复位命令时，积分器81可将累积的电信号恢复回原始的电信号，就像它们在累积之前一样。直到接收到复位命令为止，积分器81可在输出端将累积的电信号的电压电平保持为恒定，并且继续将恒定的电压电平输出到比较器82。因此，积分器81可输出非脉冲信号，即，幅值不变的信号，诸如DC电压。

比较器82可将来自积分器81的累积的电信号与从复用器84输入的阈值比较，并将比较结果输出到信号处理器83。所述阈值是用于将多能辐射中的光子的整个能带划分为两个或更多个能带的预定电压电平。因此，使用多个阈值可允许精细划分为多个光子能带，以检测每个能带的光子。

比较器82输出到信号处理器83的比较结果可指示来自积分器81的累积的电信号在幅值上是否大于某阈值。例如，如果来自积分器81的累积的电信号大于某阈值，则比较器82可输出“1”，如果来自积分器81的累积的电信号小于该阈值，则比较器82可输出“0”。在本示例中，虽然如果累积的电信号在幅值上大于某阈值，则信号处理器83输出“1”，并且如果累积的电信号在幅值上小于该阈值，则信号处理器83输出“0”，但是相反的结果也是可行的。

比较器82可将来自积分器81的累积的电信号与从复用器84输入的阈值依次比较。例如，比较器82可将来自积分器81的累积的电信号与从复用器84输入的阈值比较，并将比较结果输出到信号处理器83。当从复用器84接收到下一阈值时，比较器82可将来自积分器81的累积的电信号与所述下一阈值比较，并将比较结果输出到信号处理器83。当阈值从一个到另一个变化时，比较器82可将比较结果输出到计数单元43。因此，通过与若干阈值依次比较，可仅使用一个比较器来识别来自积分器81的累积的电信号的幅值。

因为积分器81可在其输出端将连续输出到比较器82的累积的电信号的电压电平保持为恒定，所以比较器82可以以对于将脉冲信号输入到比较器82时而言相对慢的运算速率，将从积分器81输入的累积的电信号与从复用器84输入的阈值依次比较。如果从积分器81输入脉冲信号，则比较器82可能需要以更高速率来操作，以在脉冲信号下降到预定电压电平或更低之前完成比较。然而，在图8示出的示例中，在积分器81将累积的电信号的电压电平保持为恒定直到从信号处理器83接收到复位命令的同时，比较器82可继续从积分器81接收具有恒定电压电平的累积的电信号，并将累积的电信号与阈值依次比较。通常，相对高速率的比较器与低速率比较器相比，可能需要大量的电流，并且在功耗方面非常严重。因为具有恒定电压电平的累积的电信号从积分器81连续地输入到比较器82，所以比较器82可不需要以高速率来操作，从而可以使用较少电流和降低的功耗来操作。

信号处理器83可从比较器82接收从积分器81输出的累积的电信号与阈值依次比较的结果，并将指示多能辐射中的光子的能带的数字信号输出到计数器85。作为比较器82的比较结果，如果来自积分器81的累积的电信号具有大于某阈值的幅值，则信号处理器83指示复用器84将下一阈值输出到比较器82，并且信号处理器83将指示累积的电信号的幅值大于所述阈值的数字信号输出到计数器85。由于与新阈值的比较，如果来自积分器81的累积的电信号具有大于新阈值的幅值，则重复上述操作。复用器84可以以降序(即，从最大阈值到最小阈值)将阈值依次输出到比较器82。另一方面，作为与新阈值比较的结果，如果来自积分器81的累积的电信号的幅值小于新阈值的幅值，则信号处理器83将指示累积的电信号的幅值小于新阈值的幅值的数字信号输出到计数器85。如果来自积分器81的累积的电信号的幅值小于新阈值的幅值，则信号处理器83指示积分器81复位，并且指示复用器84将最小阈值输出到比较器82。如果累积的电信号与阈值具有相同的幅值，则像累积的电信号的幅值大于阈值那样来考虑。信号处理器83可从比较器82接收从积分器81输出的累积的电信号与阈值的比较结果。从比较器82输入的比较结果指示来自积分器81的累积的电信号是否大于某阈值，或者指示相反情况。例如，如果来自积分器81的累积的电信号大于某阈值，则信号处理器83可从比较器82接收“1”，并且如果来自积分器81的累积的电信号小于某阈值，则信号处理器83可从比较器82接收“0”。在图8示出的示例中，虽然将信号处理器83描述为如果累积的电信号大于某阈值则从比较器82接收“1”，但是信号处理器83可以以相反的方式来操作。

信号处理器83可根据哪个阈值已经与来自积分器81的累积的电信号比较以获得从比较器82接收的比较结果，将相应的数字信号输出到计数器85。如果来自积分器81的累积的电信号小于与光子的能带对应的阈值，则信号处理器83将指示累积的电信号小于相应阈值的数字信号输出到计数器85。如果来自积分器81的累积的电信号大于与光子的能带对应的阈值，则信号处理器83将指示累积的电信号大于相应阈值的数字信号输出到计数器85。也就是说，信号处理器83通过对复用器84的控制，可以知道哪个阈值已经被比较以获得从比较器82接收的比较结果，并且信号处理器83可将指示累积的电信号与阈值之间的比较结果的数字信号输出到计数器85，其中，所述阈值与光子的能带对应。

信号处理器83可指示积分器81复位，以清除积分器81累积的电信号。也就是说，一旦通过上述比较识别出来自积分器81的累积的电信号的幅值，信号处理器83就指示积分器81复位，以开始进入到积分器81的电信号的新的累积。

例如，假设来自积分器81的累积的电信号由Vin表示，从复用器84依次输出的阈值由Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high表示，Vthd可指示具有与由传感器31引起的漏电流或噪声对应的幅值的阈值，Vth_low、Vth_mid和Vth_high可指示分别与光子的能带对应的阈值。如果累积的电信号Vin小于阈值Vthd，则不清楚累积的电信号Vin是由传感器31引起的漏电流或噪声，还是来自光子的电信号。在这种情况下，信号处理器83不指示积分器81复位以允许输入到积分器81的电信号的累积继续，并且信号处理器83指示复用器84切换到下一阈值。

如果累积的电信号Vin大于阈值Vthd，这表示累积的电信号Vin是来自光子的电信号，则信号处理器83不指示积分器81复位，而指示复用器84从阈值Vthd切换到阈值Vth_low，从而比较器82将累积的电信号Vin与阈值Vth_low比较。

如果累积的电信号Vin小于阈值Vth_low，则信号处理器83指示积分器81复位，并且指示复用器84切换到阈值Vthd，从而比较器82将累积的电信号Vin与阈值Vthd比较。信号处理器83将指示累积的电信号Vin小于阈值Vth_low的数字信号输出到计数器85。

如果累积的电信号Vin大于阈值Vth_low，这表示累积的电信号Vin是来自光子的电信号，则信号处理器83不指示积分器81复位，而指示复用器84将阈值Vth_low切换到阈值Vth_mid，从而比较器82将累积的电信号Vin与阈值Vth_mid比较。信号处理器83将指示累积的电信号Vin大于阈值Vth_low的数字信号输出到计数器85。

如果累积的电信号Vin小于阈值Vth_mid，则信号处理器83指示积分器81复位，并且指示复用器84将阈值Vth_mid切换到阈值Vthd。信号处理器83将指示累积的电信号Vin小于阈值Vth_mid的数字信号输出到计数器85。

如果累积的电信号Vin大于阈值Vth_mid，则信号处理器83不指示积分器81复位，而指示复用器84将阈值Vth_mid切换到阈值Vth_high，从而比较器82将累积的电信号Vin与阈值Vth_high比较。信号处理器83将指示累积的电信号Vin大于阈值Vth_mid的数字信号输出到计数器85。

如果累积的电信号Vin小于阈值Vth_high，则信号处理器83指示积分器81复位，并且指示复用器84将阈值Vth_high切换到阈值Vthd。信号处理器83将指示累积的电信号Vin小于阈值Vth_high的数字信号输出到计数器85。

如果累积的电信号Vin大于阈值Vth_high，则信号处理器83指示积分器81复位，并指示复用器84将阈值Vth_high切换到阈值Vthd。信号处理器83将指示累积的电信号Vin大于阈值Vth_high的数字信号输出到计数器85。

阈值Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high可以是从最小到最大的顺序：即，Vthd＜Vth_low＜Vth_mid＜Vth_high。Vthd是这些阈值中的最小值。虽然以上示例描述了四个阈值的使用，但是可使用任意数量(N)的阈值，其中，排除小于最小阈值Vthd的这些阈值中的任何一个依次与累积的电信号Vin比较。其结果是，如果累积的电信号Vin是指示光子的不同能带的这些阈值之中的最小值，则信号处理器83可指示积分器81复位。也就是说，如果累积的电信号Vin小于用于区分光子的能带的阈值中的任何一个，则信号处理器83可指示积分器81复位。

阈值Vthd是指示来自积分器81的累积的电信号是否是由传感器31引起的漏电流或噪声的阈值。由传感器31引起的漏电流的幅值可通过在无辐射条件下单独测量传感器31产生的电流的幅值来获得。阈值Vthd可以是根据测量的漏电流的幅值预先设置的电压电平，阈值Vthd可与来自积分器81的累积的电信号比较以确定来自积分器的累积的电信号是来自由传感器31引起的漏电流，而不是来自辐射中的光子。

阈值Vth_low、Vth_mid和Vth_high是预先设置的用于区分光子的多个能带的电压电平。这些电压电平可基于传感器31根据光子的不同能带产生的电信号的幅值的测量来设置，从而可划分由传感器31检测的光子的能带。

信号处理器83基于来自比较器82的比较结果而输出到计数器85的数字信号如下所示。OUT_low＝“0”是指示来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_low的数字信号，OUT_low＝“1”是指示来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_low的数字信号。OUT_mid＝“0”是指示来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_mid的数字信号，OUT_mid＝“1”是指示来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_mid的数字信号。OUT_high＝“0”是指示来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_high的数字信号，OUT_high＝“1”是指示来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_high的数字信号。在以上示例中，虽然“1”和“0”被描述为指示相对高电平和相对低电平，但是相反的情况也是可以的。本领域普通技术人员将理解，用于输出比较结果的信号可以是各种形式中的任何一种。

复用器84可将根据来自信号处理器83的命令从一个切换到另一个的阈值依次输出到比较器82。复用器84将阈值Vthd输出到比较器82。如果来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vthd，则复用器84根据来自信号处理器83的命令将下一阈值Vth_low输出到比较器82。如果来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_low，则复用器84根据来自信号处理器83的命令将下一阈值Vth_mid输出到比较器82。如果来自积分器81的累积的电信号大于某阈值，则重复这些过程，直到复用器84输出阈值Vth_high。

计数器85可根据从信号处理器83接收到的数字信号针对每个能带对光子计数。计数器85可接收数字信号，所述数字信号指示来自积分器81的累积的电信号的不同幅值。例如，从信号处理器83接收到的数字信号可包括OUT_low＝“0”、OUT_low＝“1”、OUT_mid＝“0”、OUT_mi d＝“1”、OUT_high＝“0”和OUT_high＝“1”。

计数器85可包括三个计数器Low_counter、Mid_counter和High_counter。计数器Low_counter可对具有与阈值Vth_low对应的能带的光子计数。计数器Mid_counter可对具有与阈值Vth_mid对应的能带的光子计数。计数器High_counter可对具有与阈值Vth_high对应的能带的光子计数。

当计数器85从信号处理器83接收到OUT_low＝“1”时，计数器Low_counter对数字信号计数。当计数器85从信号处理器83接收到OUT_mid＝“1”时，计数器Mid_counter对数字信号计数。当计数器85从信号处理器83接收到OUT_high＝“1”时，计数器High_counter对数字信号计数。如上所述，计数器85的三个计数器Low_counter、Mid_counter和High_counter可从信号处理器83接收针对每个光子能带的指示不同光子能带的数字信号，并对所述数字信号计数。

这些计数器Low_counter、Mid_counter和High_counter可以是数字计数器。作为以预定顺序对恒定时钟输入计数的电路的数字计数器可根据对时钟输入计数的方向分为向上计数器和向下计数器。例如，如果计数器Low_counter、Mid_counter和High_counter是向上计数器，则每当从信号处理器83接收到相应的数字信号时，计数器Low_counter、Mid_counter和High_counter就将光子的计数加一，并存储光子的计数。在另一示例中，如果计数器85从信号处理器83接收到OUT_low＝“1”三次，则计数器Low_counter对数字信号计数三次，并存储数字“3”。

图9是示出图3的读出电路33的示例的电路图，其中，仅示出图8的读出电路33的部分元件。因此，虽然在当前示例中没有明确描述，但是以上结合读出电路33描述的任何内容将适用于根据当前示例的图8的读出电路。

积分器91可包括放大器911、电容器912和开关913。放大器911可与电容器912和开关913并联连接。也就是说，电容器912和开关913可连接到放大器911的输入端和输出端。当放大器911和电容器912并联连接时，因为放大器911的输入端的高电阻，所以输入到积分器91的电流可不进入放大器911。因此，输入的电流可在电容器912中累积。在电容器912中累积的电荷可导致电容器912的相对两端之间的电压差。放大器911在其输出端可具有比输入端大的电压电平，达到电容器912的相对两端之间的电压差那么多。

电容器912的相对两端的电压V(t)可使用如下等式1来计算。

等式1：

$V\left(t\right)=\frac{1}{C}{\∫}_0^{t}I\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}+V\left(0\right)$

其中，C是电容器912的静电容量，I(τ)是输入到积分器91的电流，V(0)是电容器912的初始电压，t是积分时间，τ是积分变量。

可包括阈值数量那么多的开关的复用器94可通过控制开关的操作将阈值依次输出到比较器92。所述开关可分别连接到外部电压源。外部电压源可提供具有与阈值Vthd(从Vth1到VthN)对应的幅值的电压。例如，如果阈值的数量是四，则四个阈值被表示为Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high。复用器94可根据来自计数器95的命令接通所述开关中的一个，以从连接到该开关的电压源输出电压。例如，假设复用器94的第一开关连接到提供与阈值Vthd对应的电压的电压源，那么如果第一开关接通，则复用器94将阈值Vthd输出到比较器92。

图10是示出区分光子的多个能带的方法的示例的流程图。参照图10，区分光子的多个能带的方法包括在图8的读出电路中以时间序列执行的处理。虽然以下没有明确描述，但是以上结合读出电路33描述的任何内容将适用于示出的区分光子的多个能带的方法的示例。在读出电路33中使用一个比较器的光子计数方法可包括以下操作。

在操作101，信号处理器83指示积分器81复位。响应于来自信号处理器83的复位命令，积分器81复位到没有信号被累积的初始状态。

在操作102，信号处理器83指示复用器84将阈值Vthd输出到比较器82。

在操作103，如果从比较器82接收的比较结果是“1”，则信号处理器83执行操作104，如果从比较器82接收的比较结果是“0”，则信号处理器83执行操作102。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“1”，则来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vthd。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“0”，则来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vthd。

在操作104，信号处理器83指示复用器84从阈值Vthd切换到阈值Vth_low。复用器84根据来自信号处理器83的命令从一个阈值切换到将被输出到比较器82的另一个阈值。

在操作105，如果从比较器82接收的比较结果是“1”，则信号处理器83执行操作106，如果从比较器82接收的比较结果是“0”，则信号处理器83执行操作107。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“1”，则来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_low。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“0”，则来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_low。

在操作106，信号处理器83将数字信号OUT_low＝“1”输出到计数器85，并指示复用器84切换到下一阈值Vth_mid。信号处理器83将数字信号OUT_low＝“1”输出到计数器85，以使计数器85中的计数器Low_counter进行计数。信号处理器83指示复用器84切换到下一阈值Vth_mid并将其输出到比较器82。在操作108，比较器82将来自积分器81的累积的电信号与阈值Vth_mid比较。

在操作107，信号处理器83将数字信号OUT_low＝“0”输出到计数器85，并返回操作101。当信号处理器83将数字信号OUT_low＝“0”输出到计数器85时，计数器85不执行计数。

在操作108，如果从比较器82接收的比较结果是“1”，则信号处理器83执行操作109，如果从比较器82接收的比较结果是“0”，则信号处理器83执行操作110。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“1”，则来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_mid。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“0”，则来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_mid。

在操作109，信号处理器83将数字信号OUT_mid＝“1”输出到计数器85，并指示复用器84切换到下一阈值Vth_high。信号处理器83将数字信号OUT_mid＝“1”输出到计数器85，以使计数器85中的计数器Mid_counter进行计数。信号处理器83指示复用器84切换到下一阈值Vth_high并将其输出到比较器82。在操作111，比较器82将来自积分器81的累积的电信号与阈值Vth_high比较。

在操作110，信号处理器83将数字信号OUT_mid＝“0”输出到计数器85，并返回操作101。当信号处理器83将数字信号OUT_mid＝“0”输出到计数器85时，计数器85不执行计数。

在操作111，如果从比较器82接收的比较结果是“1”，则信号处理器83执行操作112，如果从比较器82接收的比较结果是“0”，则信号处理器83执行操作113。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“1”，则来自积分器81的累积的电信号大于阈值Vth_high。如果信号处理器83从比较器82接收到的比较结果是“0”，则来自积分器81的累积的电信号小于阈值Vth_high。

在操作112，信号处理器83将数字信号OUT_high＝“1”输出到计数器85，并返回操作101。信号处理器83将数字信号OUT_high＝“1”输出到计数器85，以使计数器85中的计数器High_counter进行计数。

在操作113，信号处理器83将数字信号OUT_high＝“0”输出到计数器85，并返回操作101。当信号处理器83将数字信号OUT_high＝“0”输出到计数器85时，计数器85不执行计数。

信号处理器83可控制上述处理以实现来自积分器81的累积的电信号与多个阈值的依次比较，从而将比较结果输出到计数器85。

图11是示出光子计数检测器的另一示例的电路示意图，在所述光子计数检测器中，其示例在图9中被示出的读出电路共享计数器。图11的示例包括第一读出电路120至第四读出电路150，每个读出电路具有与图9的读出电路相同的结构，而非图6的实施例中的第一读出电路61至第四读出电路64，但是第一读出电路61至第四读出电路64共享计数器的图6的实施例的技术特征可适用于图11的当前实施例。因此，虽然本示例中没有明确描述，但是以上结合图6的示例描述的任何内容将适用于图11的实施例。

参照图11，第一读出电路120至第四读出电路150的信号处理器123、133、143和153可接收每个阈值与来自相应的积分器121、131、141和151的累积的电信号之间的比较结果，并将指示光子的能带的数字信号输出到计数器124、125、134、135、144、145、154和155，或者将所述数字信号输出到第一读出电路120至第四读出电路150的信号处理器123、133、143和153。

根据计数需求，第一读出电路120至第四读出电路150的信号处理器123、133、143和153可将数字信号输出到它们自己的读出电路中的计数器或者其他读出电路中的计数器。例如，如果需要，第一读出电路120的信号处理器123可从比较器122接收阈值与从积分器121接收的累积的电信号的比较结果，并将相应的数字信号输出到第一读出电路120的计数器124和125中的一个，或者将所述相应的数字信号输出到第二读出电路130至第四读出电路150的任何适当的计数器。

第一读出电路120至第四读出电路150均可包括两个计数器，其中一个计数器与其他读出电路120至150共享。例如，第一读出电路120可包括计数器124和125，其中，计数器125可以与第二读出电路130至第四读出电路150共享。第一读出电路120至第四读出电路150的计数器124、134、144和154均可对与阈值Vth1至Vth5中的一个阈值对应的特定能带中的光子计数。

计数器124、134、144和154可对应于相同的阈值。例如，如果第一读出电路120的计数器124对与阈值Vth1对应的能带中的光子计数，则第二读出电路130至第四读出电路150中的计数器134、144和154可对与阈值Vth1对应的能带中的光子计数。第一读出电路120至第四读出电路150的计数器125、135、145和155可分别对应于排除与计数器124、134、144和154对应的阈值Vth1的其他不同阈值。例如，如果计数器124、134、144和154对应于阈值Vth1，则第一读出电路120的计数器125、第二读出电路130的计数器135、第三读出电路140的计数器145和第四读出电路150的计数器155可分别对应于阈值Vth2、Vth3、Vth4和Vth5。在通过与第一读出电路120至第四读出电路150对应的传感器检测到的光子中，与阈值Vth2对应的能带中的光子被第一读出电路120至第四读出电路150中的第一读出电路120的计数器125计数，与阈值Vth3对应的能带中的光子被第二读出电路130的计数器135计数，与阈值Vth4对应的能带中的光子被第三读出电路140的计数器145计数，与阈值Vth5对应的能带中的光子被第四读出电路150的计数器155计数。

通过使用图9中示出的读出电路的结构，每个读出电路可仅包括一个比较器，并且其他相邻读出电路可共享计数器125、135、145和155。因此，与单独的计数器用于光子的不同能带的相关方面比较，这里的示例可使用减少数量的计数器，这可使读出电路的尺寸减小。

图12是示出光子计数和检测方法的示例的流程图。参照图12，所述方法使用光子计数检测器11并且包括确定每个光子的能带(操作210)。然后，确定光子是否处于预定能带中(操作220)。如果存在预定能带中的光子，则在与光子入射到的像素对应的读出电路中对预定能带中的光子计数(操作230)。如果存在排除预定能带的不同能带中的光子，则在与不同能带中的光子入射到的像素对应的读出电路中分别对不同能带中的光子计数(操作240)。

光子计数检测器11的每个读出电路包括用于对预定能带中的光子计数的第一计数器，从而与预定能带中的光子入射到的像素对应的任何读出电路都对所述光子计数。然而，排除预定能带的不同能带中的光子通过与不同能带中的光子入射到的N×N像素对应的N×N读出电路被分别计数。

其他不同能带可分别对应于N×N读出电路。因此，如果存在不同能带且非预定能带中的光子，则N×N读出电路中的对应于该能带的一个读出电路可对所述不同能带中的光子计数。例如，N×N读出电路可对与第一阈值至第五阈值对应的能带中的光子计数。与第一阈值对应的能带中的光子可在N×N读出电路中的每个读出电路中被计数，而与第二阈值至第五阈值对应的其他能带中的光子可分别在N×N读出电路中的一个读出电路中被计数。也就是说，N×N读出电路中的一个读出电路可对与第二阈值对应的能带中的光子计数，另一个读出电路可对与第三阈值对应的能带中的光子计数。排除对第二阈值和第三阈值中的光子计数的读出电路的其他读出电路可对分别与第四阈值和第五阈值对应的能带中的光子计数。

例如，参照图12，在操作210，光子计数检测器11确定入射到传感器的每个光子的能带。光子计数检测器11可通过使用将由传感器转换的电信号与多个阈值分别比较的多个比较器来确定每个光子的能带。也就是说，由传感器转换的电信号可与特定阈值比较，并且由传感器转换的电信号的幅值可基于指示所述电信号的幅值大于或小于该阈值的比较结果来确定。一旦确定了由传感器转换的电信号的幅值，就可基于电信号的幅值来确定入射到传感器上的每个光子的能带。在其他示例中，光子计数检测器11可通过使用将由传感器转换的电信号与多个阈值依次比较的一个比较器来确定每个光子的能带。例如，一个比较器可将由传感器转换的电信号与不同阈值多次按顺序比较，从而确定由传感器转换的电信号的幅值处于特定阈值之间。根据确定的电信号的幅值来确定入射到传感器的每个光子的能带。

在操作220，光子计数检测器11确定每个光子的能带是否是预定能带。如果每个光子的能带是预定能带，则处理转到操作230。否则，处理转到操作240。

如果每个光子的能带是预定能带，则由传感器转换的电信号的幅值可大于第一阈值。在这种情况下，预定能带可称为第一能带。当使用多个比较器确定每个光子的能带时，如果第一比较器输出指示由传感器转换的电信号的幅值大于第一阈值的比较结果，则光子可具有第一能带。当使用一个比较器确定每个光子的能带时，如果比较器将指示由传感器转换的电信号的幅值大于第一阈值的比较结果输出为比较第一阈值与由传感器转换的电信号的结果，则光子可具有第一能带。如果存在排除第一能带的其他不同能带中的光子，则从将电信号的幅值与除了第一阈值之外的阈值比较的多个比较器中的一些比较器输出比较结果。当使用一个比较器时，输出电信号与排除第一阈值的另一阈值之间的比较结果。

在操作230，在与光子入射到的像素对应的光子计数检测器11的每个读出电路中对预定能带中的光子计数。因为光子计数检测器11的任何读出电路都能够对预定能带中的光子计数，所以读出电路可对与预定能带中的光子入射到的像素对应的那些光子计数。

在操作240，在与N×N像素对应的光子计数检测器11的N×N读出电路中的一个读出电路中对排除预定能带的不同能带中的光子计数，所述N×N像素包括不同能带中的光子入射到的像素。因为N×N读出电路能够对排除预定能带的不同能带中的光子分别计数，所以仅有一个用于对相应的不同能带中的光子计数的读出电路可对所述不同能带中的那些光子计数。因此，如果确定了光子的不同能带，则不同能带中的光子被输出到N×N读出电路中负责对相应能带中的光子计数的一个读出电路。N×N读出电路对排除预定能带的不同能带中的光子分别计数。N×N读出电路可包括用于对排除预定能带的不同能带中的光子分别计数的计数器。换句话说，N×N读出电路中的每个读出电路可不需要包括用于对整个能带中的光子分别计数的多个计数器。这可有助于减小光子计数检测器11的尺寸。

通过上述操作，如果预定能带中的光子入射到一个像素，则可在与预定能带中的光子入射到的像素对应的读出电路中对预定能带中的光子计数。如果不同能带且非预定能带中的光子入射到一个像素，则在与包括不同能带中的光子入射到的像素的N×N像素对应的N×N读出电路中的一个读出电路中对所述光子计数，其中，执行光子计数的读出电路包括用于对不同能带中的光子计数的计数器。因此，N×N读出电路可同时输出预定能带中的光子计数和排除预定能带的其他不同能带中的光子计数。可在任何一个读出电路中对预定能带中的光子计数，从而可生成高分辨率图像。排除预定能带的其他不同能带中的光子可分开地在N×N读出电路中被分别计数，从而可生成来自不同光子能带的多个图像，并且可使用以上参考的多个图像来生成高对比度图像。

如以上示例中所述，因为与多能辐射照射到的区域的全部像素对应的读出电路中的任何一个读出电路能够对多能辐射中的预定能带中的光子计数，所以可基于来自读出电路的预定能带中的光子计数来生成高分辨率图像。与多能辐射选择性地并分别入射到的区域中的一些像素对应的一些读出电路对排除预定能带的一个或多个不同能带中的光子计数，从而可基于不同能带中的光子计数来生成高对比度图像。

此外，可仅使用一个比较器来区分多能辐射中的光子的不同能带，从而光子计数检测器可具有减小的尺寸。因此，通过使用小尺寸的光子计数检测器，可基于对不同能带中的光子计数的结果来生成高分辨率图像。

上述方法可编写为用于执行这里描述的方法或者该方法的一个或多个操作的程序指令。用于执行这里描述的方法或者该方法的一个或多个操作的程序指令可被记录、存储或固定在一个或多个计算机可读存储介质中。所述程序指令可由计算机执行。例如，计算器可使处理器执行所述程序指令。所述介质可包括单独的程序指令、数据文件、数据结构等，或者包括它们的组合。计算机可读存储介质的示例包括磁介质(诸如硬盘、软盘和磁带)、光介质(诸如CD ROM和DVD)、磁光介质(诸如光盘)和专门配置为存储和执行程序指令的硬件装置(诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。程序指令的示例包括诸如由编译器产生的机器代码以及包含可由计算机使用解释器执行的高级代码的文件。程序指令(即，软件)可分布在联网的计算机系统上，从而以分布方式存储和执行软件。例如，软件和数据可由一个或多个计算机可读存储介质来存储。此外，用于实现这里公开的示例实施例的功能程序、代码和代码段可由实施例所属领域的编程技术人员基于和使用这里提供的附图的流程图和框图以及它们的相应描述来容易地解释。此外，描述的用于执行操作或方法的单元可以是硬件、软件或硬件和软件的某种组合。例如，所述单元可以是计算机上运行的软件包或运行所述软件的计算机。

以上已经描述了多个示例。然而，将理解的是，可进行各种修改。例如，如果描述的技术以不同的顺序被执行和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同方式被组合和/或被其他组件或其等同物替代或补充，则可实现适当的结果。因此，其他实施方式落入权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种光子计数检测器，包括：

多个读出电路，被构造为对入射到传感器的多能辐射中的光子计数，其中，针对多能辐射的多个能带中的每个能带对光子计数，所述多个读出电路分别与多能辐射照射到的区域的多个像素对应，所述多个读出电路中的每个读出电路被构造为对多能辐射的多个能带中的一个预定能带中的光子计数，所述多个读出电路中的至少一个读出电路被构造为基于从所述多个读出电路接收的比较结果对多能辐射的除了多个能带中的一个预定能带以外的至少一个能带中的光子计数。

2.如权利要求1所述的光子计数检测器，其中，读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路，N×N读出电路中的每个读出电路包括第一计数器和第二计数器，第一计数器被构造为对多个能带中的一个预定能带中的光子计数，第二计数器被构造为对多个能带中除了所述预定能带之外的至少一个能带中的光子计数，

其中，N×N读出电路的第二计数器选择性地并分别对彼此不同的能带中的光子计数。

3.如权利要求2所述的光子计数检测器，其中，N×N读出电路中的每个读出电路还包括比较单元，比较单元被构造为将由传感器转换的电信号与多个阈值比较，

其中，第一计数器基于来自N×N读出电路中的每个读出电路的比较单元的第一比较器的所述电信号与所述多个阈值中的第一阈值之间的比较结果，对多个能带中的一个预定能带中的光子计数，

其中，第二计数器基于所述电信号与所述多个阈值中的第二阈值之间的多个比较结果，对多个能带中除了所述预定能带之外的至少一个能带中的光子计数，第二计数器从N×N读出电路的比较单元的第二比较器接收所述多个比较结果。

4.如权利要求3所述的光子计数检测器，其中，如果接收到指示由传感器转换的电信号的幅值大于第二阈值的幅值的比较结果，则第二计数器对光子计数。

5.如权利要求3所述的光子计数检测器，其中，N×N读出电路中的每个读出电路还包括逻辑电路，逻辑电路被构造为使用与第二阈值的多个比较结果来执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到第二计数器，

其中，第二计数器基于来自逻辑电路的逻辑运算的结果来对光子计数。

6.如权利要求5所述的光子计数检测器，其中，所述逻辑电路是OR门。

7.如权利要求2所述的光子计数检测器，其中，N×N读出电路中的每个读出电路还包括：积分器，被构造为累积从传感器接收的经过从相应的一个光子的光电转换的电信号；比较器，被构造为将来自积分器的累积的电信号与多个阈值中的一个阈值比较；信号处理器，被构造为根据比较结果指示从多个阈值中的一个阈值到多个阈值中的另一个阈值的依次切换，并基于来自比较器的与阈值的依次比较的结果输出区分光子的能带的数字信号，

其中，第一计数器基于从信号处理器接收的指示与多个阈值中的第一阈值的比较结果的数字信号，对多个能带中的一个预定能带中的光子计数，

其中，第二计数器基于从信号处理器接收的指示与多个阈值中的第二阈值的比较结果的数字信号，对多个能带中除了所述预定能带之外的至少一个能带中的光子计数。

8.如权利要求7所述的光子计数检测器，其中，信号处理器还被构造为从其他N×N读出电路的信号处理器接收与第二阈值的比较结果，并将接收到的比较结果输出到第二计数器。

9.如权利要求7所述的光子计数检测器，其中，信号处理器还被构造为使用从其他N×N读出电路的信号处理器接收的与第二阈值的比较结果来执行逻辑运算，并将逻辑运算的结果输出到第二计数器。

10.如权利要求9所述的光子计数检测器，其中，所述逻辑运算是OR运算。

11.一种在用于对入射到传感器的多能辐射中的光子计数的多个读出电路中的光子计数和检测方法，其中，针对多能辐射的多个能带中的每个能带对光子计数，所述方法包括：

确定光子的能带；

如果确定的光子的能带是预定能带，则在所述多个读出电路中的与光子入射到的像素对应的一个读出电路中对光子计数；

如果确定的光子的能带是与所述预定能带不同的一个能带，则在所述多个读出电路中的至少一个读出电路中基于从所述多个读出电路接收的比较结果选择性地并分别对光子计数，其中，所述至少一个读出电路包括与不同能带中的光子入射到的像素对应的读出电路。

12.如权利要求11所述的光子计数和检测方法，其中，读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路，

其中，选择性地并分别对光子计数的步骤包括：

如果与光子入射到的像素对应的读出电路具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器，则在与光子入射到的像素对应的读出电路中对光子计数；

如果与光子入射到的像素对应的读出电路不具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器，则将确定能带的结果输出到N×N读出电路的具有对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的计数器的读出电路。

13.如权利要求11所述的光子计数和检测方法，其中，确定能带的步骤包括：将通过传感器接收的电信号与多个阈值比较。

14.如权利要求11所述的光子计数和检测方法，其中，基于与多个阈值中的第一阈值的比较结果来对所述预定能带中的光子计数。

15.如权利要求14所述的光子计数和检测方法，其中，读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路，

其中，基于使用与多个阈值中的第二阈值的比较结果的逻辑运算的结果来对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数，其中，所述比较结果从N×N读出电路输出。

16.如权利要求15所述的光子计数和检测方法，其中，所述逻辑运算是OR运算。

17.如权利要求11所述的光子计数和检测方法，其中，基于与多个阈值中的第二阈值的比较结果来对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数。

18.如权利要求11所述的光子计数和检测方法，其中，确定能带的步骤包括：累积从传感器接收的经过从相应的一个光子的光电转换的电信号；将累积的电信号与多个阈值中的一个阈值比较；根据累积的电信号的比较结果指示从多个阈值中的一个阈值到多个阈值中的另一个阈值的依次切换；并基于与多个阈值的依次比较的结果输出区分光子的能带的数字信号。

19.如权利要求18所述的光子计数和检测方法，其中，如果累积的电信号的幅值大于所述多个阈值中的第一阈值的幅值，则执行对所述预定能带中的光子计数的步骤。

20.如权利要求18所述的光子计数和检测方法，其中，如果累积的电信号的幅值大于所述多个阈值中的第二阈值的幅值，则执行对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数的步骤。

21.如权利要求18所述的光子计数和检测方法，其中，读出电路被划分为分别与N×N像素对应的N×N读出电路，

其中，基于使用与多个阈值中的第二阈值的比较结果的逻辑运算的结果来对与所述预定能带不同的一个能带中的光子计数，其中，所述比较结果从N×N读出电路输出。