CN104662444B - 直接转换光子计数探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像素化的直接转换光子计数探测器，所述直接转换光子计数探测器具有直接转换材料层和像素化的电极。独立电极像素被分割成三段(510、520、530)，其中，所述段中的一个(520)以比其他两个(510、530)的电排斥力值更大的电排斥力值来操作。所述其他两段被连接到电子电路(610、611、620、630)，所述电子电路被布置为生成指示接近相应的电极像素段中的每个的电子或空穴的计数的信号，并且被布置为将生成的信号彼此相减。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种直接转换光子计数探测器、一种成像系统和一种利用直接转换光子计数探测器来探测光子的方法。
背景技术
直接转换光子计数探测器在诸如天体物理或医学成像(例如计算机断层摄影(CT)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)等)中的单光子探测的领域中是公知的。J.D.Eskin等人在1999年1月15日的Journal of Applied Physics，第85卷，第2号，第647-659页中公开了直接转换光子计数探测器。
直接转换光子计数探测器的大部分由直接转换材料(通常是单晶半导体)的层构成。入射辐射(例如X射线、γ射线)被直接转换材料吸收，并且由于光电相互作用而在直接转换材料中生成移动电子-空穴对。由于直接转换材料被置于一侧上的探测器阴极与相对侧上的探测器阳极之间，因此生成的电子沿施加的电场向探测器阳极移动，而生成的空穴沿相反方向向探测器阴极移动。接近的电子在探测器阴极中感生局部电荷。探测器阳极可以被细分成一系列电极像素或电极像素的网格。当电极像素中的每个都具有足够小的面积并且被独立地读出时，可以基于每个像素所感生的电荷来确定表示撞击每个电极像素的电子的计数的值。
电极像素面积越小，可探测的脉冲宽度越窄，并且可探测的光子通量率越高。然而，存在对减小电极像素面积的限制，最重要地是因为源于电荷共享的相邻电极像素之间的串扰。为了针对仍然相对较大的像素面积来获得更窄的脉冲，通常对独立的电极像素进行细分割，其中，电极像素面积的仅尽可能小的部分专用于电子或空穴收集。该面积通常被称作收集电极。收集电极被连接到信号放大器，并且根据放大信号来生成由收集电极收集到的入射电子或空穴的量的值。剩余电极像素面积专用于将入射电子 或空穴引导向到收集电极。这通常是通过在收集电极与剩余电极像素面积之间施加较高的电势差来实现的(例如收集电极为地电势，同时剩下的电极像素面积具有负电势)。与其中使用非细分割的像素面积来生成信号的配置相比，可探测脉冲宽度被大大减小。
当剩余电极像素面积仅专用于使电子或空穴向收集电极转向时，在本领域中其一般被称为转向电极。备选的配置是所谓的共平面网格。在该配置中，针对仍接近剩余电极像素面积附近的入射电子或空穴的量也感生出电流脉冲，与转向电极类似，所述剩余电极像素面积在排斥电势下操作，使得电子或空穴向收集电极转向。在这种情况下，排斥电极在本领域中被命名为非收集电极。与具有转向电极的配置相反，收集电极和非收集电极两者都被连接到信号放大器。任选地以加权的方式，将来自收集电极和非收集电极的放大信号彼此相减。接近的入射电子或空穴起初远离靶电极像素，并且相等量的信号被以电容的方式感应到收集电极和非收集电极中。作为信号减法的结果，信号彼此消除，除了在入射电子接近收集电极附近时。在此时，感生的信号变得彼此显著不同，并且在提供了电子或空穴仅由收集电极收集的情况下，可以生成相对较短的脉冲宽度作为将信号减法的结果。
尽管转向电极配置和共平面网格配置两者都设法减小脉冲宽度，但仍存在对进一步减小脉冲宽度的需要。这些配置固有的是，电荷在收集电极附近被俘获，这使探测器极化，引起电场变得扭曲。该效应特别地限制了转向电极配置的性能。对于共平面网格该效应较不严重，这是因为在该配置中电荷通常被分布在较大面积上。然而，在紧密相邻的收集电极与非收集电极之间需要相对较大的电势差(至少几十伏特)，以确保良好操作，设计、制作和操作共平面网格在技术上非常有挑战性，并且必须做出妥协以在将信号相减的同时克服收集电极与非收集电极之间的电势差。
美国专利申请US2007/290142A1公开了一种具有电极组件的光子检测器，所述电极组件具有中心读出电极以及被与所述中心读出电极相邻设置的一个或多个偏置控制部分。通过控制相对于中心读出电极的偏置控制部分的电压来获得可调节的有效面积。
Niraula等人在“Study of multi-electrodes structure in CdTe nuclearradiation detectors”，2004IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record，2004年10月16-22日，罗马，意大利，第7卷(2004)，第4523-4534页中公开一种具有多电极结构的核辐射探测器，所述多电极结构具有中心收集阳极、护环电极和引导电极。该探测器被偏置，使得中心阳极收集电子，而引导电极排斥电子并将它们引导向中心电极。
美国专利申请2010/252744A1公开了一种具有共平面网格结构的辐射探测器，其中，将收集电极与非收集电极的信号被彼此相减。
发明内容
根据本发明的实施例涉及一种直接转换光子计数探测器，所述直接转换光子计数探测器包括探测器阴极、探测器阳极和直接转换材料层。所述直接转换材料层被定位在所述探测器阴极与所述探测器阳极之间。所述探测器阳极和/或所述探测器阴极包括适于探测电子或空穴的存在的多个电极像素。所述电极像素中的至少一个被至少分割成第一电极像素段、第二电极像素段和第三电极像素段。所述第三电极像素段的电势具有比所述第一电极像素段的电势更大的并且比所述第二电极像素段的电势更大的电排斥力值。所述探测器还包括电子电路，所述电子电路被电气耦合到所述第一电极段并且被电气耦合到所述第二电极段，以分别生成第一电信号和第二电信号。所述电子电路包括被配置为从所述第一电信号减去所述第二电信号的信号减法器。
根据本发明的另一个实施例涉及一种成像设备，所述成像设备包括根据本发明的所述直接转换光子计数探测器。
根据本发明的另外的实施例涉及一种利用根据本发明的直接转换光子计数探测器来探测光子的方法。
本领域一般技术人员在阅读并理解了下面的具体说明后，将意识到根据本发明的进一步的方面和实施例。本领域一般技术人员了下面的对优选实施例的具体说明后，将意识到许多额外的优势和益处。
附图说明
附图图示了本发明，其中：
图1示出了包括根据现有技术的探测器的成像设备(尤其是计算机断层摄影设备)的经强烈简化的示意性范例；
图2示出了根据现有技术的光子计数探测器的示意性横截面；
图3a、图3b以俯视图示出了根据现有技术的直接转换光子计数探测器的示意性电极像素配置和根据现有技术的直接转换光子计数探测器的电极像素的网格；
图4a、图4b以俯视图示出了根据现有技术的直接转换光子计数探测器的示意性备选电极像素配置和根据现有技术的直接转换光子计数探测器的电极像素的网格；
图5a-图5q以俯视图示出了根据本发明的直接转换光子计数探测器的电极像素配置的各种示意性实施例，以及根据本发明的实施例的直接转换光子计数探测器的电极像素的网格的实施例；
图6以透视图示出了根据本发明的实施例的电极像素的示意性实施例，以及对可能的后处理单元的选择。
图7示出了根据本发明的实施例的直接转换光子计数探测器内的电场的模拟表示；
图8示出了通过根据本发明的实施例的直接转换光子计数探测器的电极像素的实施例的模拟电流密度分布。
图9示出了利用根据本发明的实施例的直接转换光子计数探测器监测光子的方法的流程图。
本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各种过程操作和各过程操作的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。为了更好地可视化，可以省略某些特征，或者尺寸可以是不按比例的。
具体实施方式
公开了一种直接转换光子计数探测器、一种成像系统和一种利用直接转换光子计数探测器来探测光子的方法。
直接转换光子计数探测是主要在天理物理学、医学成像和诸如行李扫描的非医学成像中使用的技术。本发明的实施例被描述并图示为涉及医学 成像，尤其是计算机断层摄影中的x射线辐射探测，但是技术人员将理解如何使所描述的实施例适于其他类型的成像，包括如何使直接转换光子计数探测器适于探测具有其他能量水平的光子(例如伽马射线辐射)。
以下描述的实施例和范例是针对使用电子收集的情况来进行描述的。本发明也覆盖空穴收集的情况。为了实现这一点，技术人员将理解，可以通过改变电极的极性来调整相同的实施例和范例。在该领域中空穴收集实际上在某种程度上是不寻常的，并且直接转换光子计数探测器中的绝大多数使用电子收集。
图1中以经强烈简化的方式示意性地描绘了示范性CT成像系统1。
CT成像系统1包括容纳x射线源4和探测器5的机架2，探测器5可以是根据本发明的直接转换光子计数探测器。从x射线源1发射的x射线向着探测器5穿过检查区域6。身体(例如患者)可以在可移动的平台(bench)3上通过检查区域6移动。机架2能绕检查区域6360度旋转，以能够从所有期望的角度扫描身体。X射线由身体的不同部分以不同的量衰减。探测器5将关于每特定面积的探测到的x射线的数据发送到数据处理和显示单元(未示出)。
本领域技术人员将理解，实际的CT系统包括图1中未示出的多得多的备选的、额外的功能或任选特征。
图2以横截面示出了直接转换光子计数探测器5的高度示意性的描绘。
直接光子转换光子计数探测器5的大部分由直接转换材料层51形成。直接转换材料层51可以由单晶半导体材料构成，所述单晶半导体材料是本征材料或者具有全耗尽p-i-n结构。CdxZn1-xTe(碲锌镉，通常简写为CZT)是本发明的光实施例中适合的半导体材料。直接转换层51被放置在探测器阴极52与探测器阳极53之间。探测器阴极被保持在负的偏压，而探测器阳极被保持在较小的排斥(通常为吸引正)电势。探测器阴极52在直接转换材料层51上形成连续层，并且总体上对具有将要由直接转换光子计数探测器探测到的能量水平的光子是透明的。探测器阳极53在直接转换层51的相对侧上，并且由探测器像素的网格做成。
当光子x经过探测器阴极52并且渗透到直接转换材料层51中时，光子与直接转换材料相互作用以生成许多的电子-空穴对。带正电的空穴向带 强负电的探测器阴极52漂移，而带负电的电子向带更多正电的探测器阳极53漂移。当电极接近探测器阳极53时，信号从每个探测器像素感生出，在收集之后所述信号指示接近该特定电极像素的电子的计数。生成的信号接着由处理单元(未示出)进一步处理，并且最终作为书面信息或作为被检查身体(的部分)的重建图像在显示单元(未示出)上被显示给用户。
因为探测器阳极53是由较小的电极像素的网格做成的，所以脉冲宽度通过所谓的小像素效应而被减小，这允许单极电荷感测。入射脉冲的主要部分是由电荷(即电子)在它们穿过探测器像素周围的小体积时感生的，这在其空间尺寸上与探测器像素大小相对应。因此，可以通过减小探测器像素大小来减小平均脉冲宽度，这因此增大了最大可探测光子通量率。然而，探测器像素大小减小的天然限制通常由有限电荷云大小和x射线串扰效应来确定；实际上，由于相邻像素之间的电荷共享，能量分辨率被破坏。
图3a和图4a示出了如现有技术中使用的独立电极像素300、400的配置的范例。图3b和图4b分别示出了电极像素300和电极像素400的示范性三乘三电极网格。实际的电极网格一般包括多得多的电极像素。
图3a描绘了典型的所谓转向电极像素配置的范例。电极像素300被细分割成第一电极像素段310(这里被称作收集电极310)和第二电极像素段320(这里被称作转向电极)。收集电极310被做得尽可能地小，并且通常在电气上被放在地电势。转向电极320包围收集电极310并且带负电，以将电子直接引导向收集电极310，从收集电极310采集到电子信号。由于收集电极310比完整的电极像素300面积小得多，因此脉冲宽度被显著减小。
图4a描绘了典型的所谓共平面网格电极像素配置的范例。电极像素400被细分割成第一电极像素段410、收集电极410和第二电极像素段430(在该配置中被命名为非收集电极430)，非收集电极430被分裂成由收集电极410分开的像素的两个不同段。如在图4b中可以看出的，非收集电极430和收集电极410在整个电极网格内形成交叉线的共平面网格。与转向电极配置类似，必须避免电子被非收集电极430收集。出于这个原因，与收集电极410相比非收集电极430带(负)电，使得到达的电子被引导向收集电极410。与转向电极相反，针对收集电极410和非收集电极430两者来采集表示电子计数的电子信号。收集电极410和非收集电极430两者通常都 被连接到信号放大器，例如电流放大器(未示出)。来自收集电极410和非收集电极430的(放大)信号被任选地进行加权(例如以与非收集电极与收集电极之间的面积比相对应的因数进行加权)，并且彼此相减。只要从大部分接近的电子远离电极像素400，几乎等量的信号就被以电容的方式感生到收集电极410和非收集电极430中。由于信号减法，信号彼此消除，直到当电子接近收集电极410时。在该时刻，收集电极410和非收集电极430中的信号变得彼此显著不同，得到相对较短的脉冲宽度。
利用现有技术的电极像素配置，电极附近的电荷俘获可能由于局部极化而导致问题。如果累积的空间电荷的量动态增长到特定的限度以上，那么电场变得受到干扰。结果，直接转换光子计数探测器遭受若干不利影响，例如改变的基线电流，以及大幅改变的脉冲宽度，这在脉冲宽度变得比电子元件所使用的脉冲整形时间更长的情况下可能导致设备故障。事实上，针对已知的直接转换光子计数探测器，极化效应是相对于最大可能计数率的最重要的阻碍中的一项。
转向电极设备对极化特别敏感，这是因为俘获的电荷的量几乎与电流密度成比例。由于收集电极的面积小，因此出现非常高的电流密度，即在收集电极附近的电荷俘获在非常敏感的体积中引起局部极化。
共平面网格设计对局部极化有些较不敏感，这是由于电流被分布在较大面积上。然而，在某个点，来自收集电极和非收集电极的信号需要减去，非收集网格的脉冲必须被以所述电压差偏置，这导致噪声、成本和复杂度增加。
图5a至图5m示出了对本发明的直接转换光子计数探测器实施例的单电极像素配置的示意性描绘。为了避免附图杂乱，仅针对图5a和图5b示出了对电极像素子段的标记。为了识别不同的电极子段，每个电极子段被描绘有点图案(所述点纯粹是出于说明的原因，并且不表示电极子段上的实际的点)。对于图5c至图5q中的每个，收集电极510被描绘有最低的点密度，转向电极520被描绘有最高的点密度，并且非收集电极530被描绘有中间的点密度。
与现有技术的转向电极配置或共平面网格配置的两段相反，本发明的实施例的直接转换光子计数探测器的电极像素被分割成三段。第一电极像 素段是收集电极510，收集电极510可以被细分割成两个或更多个子段。第二电极段是非收集电极530，非收集电极530可以被细分成可以彼此在空间上分开的两个或更多个子段。第三电极子段是转向电极520，转向电极520也可以被细分成可以彼此在空间上分开的两个或更多个子段。
图5a示出了这样的配置，即其中，收集电极510是从电极像素500的一侧向相对侧延伸的长条，非收集电极530被细分割成平行地沿着收集电极510的全部两个长边中的每个相邻定位的两个长条，并且类似地，转向电极520被细分割成平行地沿着非收集电极520的全部两个长边中的每个相邻定位的两个分开的长条。在该配置中，非收集电极530总是被定位在收集电极510与转向电极520之间。图5p示出了具有该配置的电极像素500的示范性三乘三电极网格。全部的段都可以被制成在多个电极像素500上连续的条，这不仅使制作更方便，而且还将电荷散布在大面积上，得到减小的极化效应。图5b示出了根据本发明的实施例的直接转换光子计数探测器的电极像素的备选配置。在该配置中，收集电极510由非收集电极530完全包围，非收集电极530继而由转向电极520完全包围。再者，非收集530总是位于收集电极510与转向电极520之间。图5q示出了具有该配置的电极像素500的示范性三乘三电极网格。极化效应将可能针对图5a的配置而不是图5b的配置被减小最多，这是因为电荷可以被分布在较大的面积上，但图5b的配置可以具有进一步减小的可探测脉冲宽度，并且可以具有更多的制作优势，这是因为转向电极520在所有电极像素上延伸，并且可以被制成一个连续电极。这里示出的配置仅是可能的实施例的范例。如图5c至图5e所示，出于特定的制作或设计的目的，电极像素500和段510、520、530可以是不同形状的。其他变型可以是如图5f和图5g所示的不同尺寸的分割，如图5g所示的段的备选定位，或者如图5h所示的与转向电极520由非收集电极530分开的多个收集电极510，或者如图5i所示的或多或少的混合变型，例如图5a和图5c所示的配置之间的混合变型。图5j描绘了其中收集电极510和非收集电极530各自的面积并不大致相同的配置。需要额外的措施(例如加权或信号校正)来实现与利用其中所述面积大致相同的配置一样的结果。图5k和图5m都描绘了收集电极510不与转向电极520空间分开的配置。当转向电极520由非收集电极530与收集电 极510完全空间分离时，仅需要考虑收集电极510与非收集电极530之间的偏置电流。当收集电极510额外地也直接与转向电极520相邻时，收集电极510与转向电极520之间的偏置电流也应被考虑。图5n描绘了图5a的变型，所述变型可以被用来形成另外的像素延伸图案。基于以上描述的实施例，本领域技术人员在本发明的启示下将能够导出明显的备选配置。如在图5p和图5q中可以看出，每个电极像素的转向电极520都与相邻电极像素的转向电极520毗邻。因此，转向电极520可以被制成在至少两个相邻电极像素上延伸的“连续的”转向电极，所述至少两个相邻电极像素可以与一个电压源接触。图5m和图5n中将独立电极像素分开的线因此可以仅指示电极像素之间的“虚拟边界”，并且不是必须指示每个电极像素实际上是完全分开的实体(虽然，备选地，当然也可以是这样)。图5n所示的配置的转向电极520实际上是在所有电极像素上延伸的一个连续电极。
转向电极520以比收集电极510和非收集电极530更低的，优选地是负的电势来操作，收集电极510和非收集电极530两者都优选地以大致相同的电势来操作(收集电极510与非收集电极530之间的电势差不应大于10％)，最优选地以地电势或接近地电势来操作。因此，与具有共平面网格配置的已知直接转换光子计数探测器的电极像素相比，直接转换光子计数探测器的这种电极像素的设计、制作和操作在技术上容易得多。转向电极520的电势与收集电极510和非收集电极两者的电势之间的差应当足够高(对于最常见的电极像素大小，优选地在100与200伏特之间，但对于大致为100微米的非常小的电极像素大小，这可以被减小到低至在5与10伏特之间的值)，以使得形成这样的电场，在所述电场中入射电子仅由转向电极520引导向收集电极510，并且没有电子或至少尽可能少的电子接近非收集电极530附近。优选地，转向电极与单个高电压源接触，所述单个高电压源施加范围在-50伏特与-500伏特之间的典型电势。为了确保有效的电子和空穴输送，探测器阴极与第三电极像素段之间的电势差应优选地在直接转换层每毫米厚度100-500伏特之间，更优选地大致为直接转换层每毫米厚度300伏特。表示到来的电子计数的信号是从收集电极510和非收集电极530两者生成的。两个信号通常都由诸如电流放大器的信号放大器(在图5a-图5q中未示出)放大。为了获得最准确的电子计数，收集电极510的总 面积应大致等于非收集电极的总面积(优选地至少在彼此的10％内，但最优选地差别尽可能地小)。该条件确保在电子远离探测器电极时，收集电极510和非收集电极530上的感生电荷大致相同，以使得由收集网格和非收集网格生成的信号的差变为零。然而，可能有必要或优选地使用具有其他面积比的实施例(例如出于设计或制作的原因)。为了实现这一点，来自收集电极和非收集电极的相应的信号可以被加权或被利用相适的增益而独立放大，使得对于远距离的电子相减之后的信号差接近零。
图6示出了具有与图5a相似的配置的电极像素的透视图。电极像素500被连接到电子电路610、611、620、630，其中，来自收集电极510和非收集电极530的感生信号由各自的电流放大器610、611放大，并且在减法器620中被彼此相减并由处理器630进一步处理。经处理的信号可以作为图像或作为书面信息在显示单元640上被显示给用户。
针对具有500微米的探测器像素间距和-900伏特的探测器阴极电压的3mm CZT探测器来执行对如图5a所示的配置的两个相邻探测器像素上的x射线辐射的详细模拟。在每个探测器像素内，收集电极510具有150微米的宽度，并且全部两个非收集电极子段530中的每个都具有75微米的宽度。收集电极510和非收集电极530两者都被设定在零电势上。转向电极520具有200微米的宽度，并且被设定为-200伏特的电势。每个500微米乘500微米的像素面积都由100keV的光子均匀照射。相应地计算直接转换层51内的电场；图7中示出了电场的2D向量场曲线图。该附图示出了转向电极520以这样的方式弯曲电场线(在附图中由指向电场的局部方向的箭头指示)，即在大部分(在至少200微米的高度处)内生成的自由电子被引导向收集电极510。由于来自转向电极520的排斥，电子通常不到达非收集电极530，除非它们在转向电极之上大致150微米高度处的相对较小的体积中生成。
在所述模拟中，借助于蒙特卡洛模拟来跟踪电子，所述蒙特卡洛模拟对大部分内的电荷漂移和扩散进行建模。在图8中看出在阳极平面处的模拟电流密度，图8针对一个电极像素500示出，实际上电子中的多数都由收集电极510收集。此外，电子可以由相邻像素的收集电极510收集；这是由于一些电子是非常接近像素边缘而生成的。在这些情况下，扩张的电 子云可以被分裂，并且所述云的部分可以被引导向相邻像素的收集电极510。只有在转向电极520上或在非收集电极530上的很少的探测事件被观察到，如果电子和空穴是由直接转换层中的光子非常接近转向电极520或非收集电极530而生成的，那么可能出现所述探测事件。
作为所述模拟的额外结果，确定了针对-50伏特与-200伏特之间的不同转向电压而探测到的脉冲宽度和对应的模拟脉冲高度谱(针对大致为10ns的2-西格玛脉冲整形时间)的直方图。对于给定的参数，观察到典型地在2ns与4ns之间的非常短的脉冲宽度。针对-200伏特转向电极电压的脉冲高度谱示出了很明显的光峰。然而，对于较低的绝对转向电压，所述光峰关于总的探测到的计数事件降低。更详尽的分析揭示，在较低的转向电压下，排斥不够强，导致电子也被非收集电极收集。
由于本发明的直接转换光子计数探测器的电极像素被高度分割，因此每电极像素的收集电极和非收集电极的数量非常有限，给出了优选的像素大小是1mm或更小。为了减小转向电极与非收集电极之间的表面电流，优选地在两者之间由50微米的间隙。在收集电极与非收集电极之间，可能有更小的间隙，这是因为两者都在相同的电势上。非收集电极必须具有最小的大小，例如50微米，这是因为否则接合将成为问题。因此，500微米是合理的探测器像素大小。优于根据现有技术的电极设计，特别是优于转向电极配置的重要优势是经减小的脉冲持续时间，所述经减小的脉冲持续时间有助于支持更高的计数率以及每个阳极的经减小的电流密度。
图9示出了利用根据本发明的直接转换光子计数探测器来探测光子的方法的流程图。
通过将负电势施加(910)到探测器阴极并且将电势施加(911)到探测器阳极的像素段中的每个来将电场施加在直接转换层上，其中，第三电极像素段的电势比第一电极像素段的电势以及第二电极像素段的电势低。为了确保向探测器阳极的电子输送的足够的速度和量，探测器阴极的电势与第三电极像素段的电势之间的电势差应当足够高，优选地至少是300伏特。利用光子来辐照(920)直接转换材料，以生成电子和空穴，所述电子和空穴分别向探测器阳极和阴极漂移。电子由第三电极像素段引导向电极像素的第一电极像素段。生成(930)第一信号(例如第一电流)，所述第 一信号指示接近第一电极像素段的光子的计数。生成(931)第二信号(例如第二电流)，所述第二信号指示接近第二电极像素段的光子的计数。所述第一信号和所述第二信号分别由信号放大器(例如电流放大器)放大(940、941)。通过从所述第一信号减去(950)所述第二信号来生成经校正的信号。接着经校正的信号被进一步处理(960)，以生成图像数据，例如图像或定量数据。接着经处理的图像数据可以作为图像或作为书面信息被显示给用户(970)，或者被用于其他目的，例如分析性研究。
尽管已经参考特定的实施例描述了本发明，但本发明并不旨在限于本文中阐述的具体形式。而是相反，本发明的范围仅由权利要求书限定。在权利要求书中，对动词“包括”及其变体的使用并不排除其他元件或步骤的存在。尽管在不同的权利要求中可以包括独立的特征，但是可能有利地对这些进行组合，并且在不同的权利要求中包括并不意味对特征的组合是不可行的和/或不利的。此外，单数引用并不排除多个。另外，权利要求书中的附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (17)
1.一种直接转换光子计数探测器(5)，包括探测器阴极(52)、探测器阳极(53)和被定位在所述探测器阴极与所述探测器阳极之间的直接转换材料层(51)，所述探测器阳极和/或所述探测器阴极包括适于探测电子或空穴的存在的多个电极像素(500)，
其中，所述电极像素中的至少一个被至少分割成收集电极像素段(510)、非收集电极像素段(530)和转向电极像素段(520)；
其中，所述转向电极像素段的电势具有比所述收集电极像素段的电势更大的并且比所述非收集电极像素段的电势更大的电排斥力值，其中，所述转向电极像素段的所述电势是负的；
其中，所述探测器还包括电子电路，所述电子电路被电气耦合到所述收集电极像素段并且被电气耦合到所述非收集电极像素段，以分别生成第一电信号和第二电信号，所述电子电路包括被配置为从所述第一电信号减去所述第二电信号的信号减法器(620)。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述电子电路还包括至少一个电信号放大器(610、611)。
3.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述收集电极像素段与所述转向电极像素段至少由所述非收集电极像素段在空间上分开。
4.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述收集电极像素段、所述非收集电极像素段或所述转向电极像素段中的至少一个被至少细分割成两个电极像素子段。
5.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述转向电极像素段在至少两个相邻电极像素上连续地延伸。
6.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述非收集电极像素段包围所述收集电极像素段，并且所述转向电极像素段包围所述非收集电极像素段。
7.根据权利要求1中所述的探测器，其中，所述收集电极像素段从所述电极像素的一侧向所述电极像素的相对侧延伸。
8.根据权利要求1所述的探测器，其中，由所述收集电极像素段覆盖的面积大致等于由所述非收集电极像素段覆盖的总面积。
9.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述非收集电极像素段具有至少50微米的宽度。
10.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述收集电极像素段的所述电势大致与所述非收集电极像素段的所述电势相匹配。
11.根据权利要求10所述的探测器，其中，所述收集电极像素段的所述电势和所述非收集电极像素段的所述电势处于地电势。
12.根据权利要求1所述的探测器，其中，收集电极像素段电势与转向电极像素段电势之间的差在100与200伏特之间。
13.根据权利要求1所述的探测器，其中，探测器阴极电势与转向电极像素段电势之间的差在所述直接转换层每毫米厚度100与500伏特之间。
14.一种成像系统(1)，所述成像系统(1)包括根据权利要求1至13中的任一项所述的探测器(5)。
15.根据权利要求14所述的成像系统(1)，其中，所述成像系统为一种计算机断层摄影系统。
16.一种利用直接转换光子计数探测器来探测光子的方法，所述直接转换光子计数探测器包括探测器阴极、探测器阳极和被定位在所述探测器阴极与所述探测器阳极之间的直接转换材料层，所述探测器阳极和/或所述探测器阴极包括适于探测电子或空穴的存在的多个电极像素，其中，所述电极像素中的至少一个被至少分割成收集电极像素段、非收集电极像素段和转向电极像素段；其中，所述探测器还包括电子电路，所述电子电路被电气耦合到所述收集电极像素段并且被电气耦合到所述非收集电极像素段，所述电子电路包括被配置为从第一电信号减去第二电信号的信号减法器；所述方法包括以下步骤：
-将电势施加(910)到所述探测器阴极并且施加(911)到所述像素段中的每个，其中，所述转向电极像素段以比所述收集电极像素段和所述非收集电极像素段更大的电排斥力电势来操作，其中，所述转向电极像素段的所述电势是负的；
-利用光子辐照(920)所述直接转换材料，以生成电子和空穴；
-生成(930)指示接近所述收集电极像素段的电子或空穴的计数的所述第一电信号；
-生成(931)指示接近所述非收集电极像素段的电子或空穴的计数的所述第二电信号；
-通过从所述第一电信号减去所述第二电信号来生成(950)经校正的信号；并且
-处理(960)所述经校正的信号以生成探测数据。
17.根据权利要求16所述的方法，包括以下另外的步骤：
-放大(940、941)所述第一电信号和所述第二电信号。
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