CN105339810A - 半导体闪烁探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用提高的计时准确度和提高的能量分辨率来探测伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的辐射探测设备。所述辐射探测设备应用于对伽马射线辐射和X射线辐射的探测，并且可以被使用在PET成像的领域中，以及在谱CT中。所述辐射探测设备包括半导体闪烁体元件和光探测器。所述光探测器与所述闪烁体元件光学连通。所述闪烁体元件具有两个相互对立的面；阴极与这两个面中的一个电气连通，并且阳极与这两个面中的另一个电气连通。

Description

半导体闪烁探测器
技术领域
本发明涉及一种用于对伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的探测的设备。还公开了一种根据所述设备使用的系统和计算机可读介质。本发明具体应用于在核成像和X射线成像的领域中对辐射量子的探测。更具体地，本发明应用于PET成像系统和谱CT成像系统。
背景技术
常规地，对诸如在例如PET成像系统或X射线成像系统中使用的伽马射线辐射量子和X射线辐射量子的电离辐射的探测器包括闪烁体元件和光探测器。该闪烁体元件接收辐射量子，并将每个辐射量子转换成由光探测器探测到的红外光、可见光或紫外光的脉冲。随后分析从该光探测器得到的电脉冲以确定辐射量子的特性。
在PET成像系统中，对每个辐射量子的接收的时间和能量分别用于确定和验证放射性衰变事件的起源。在对彼此的窄预定时间间隔内由被设置在PET成像区域周围的探测器接收到的伽马光子指示所述伽马光子在共同起源处的生成，并且具有在预定的窄范围内的能量的伽马光子指示在所述伽马光子的起源点与探测点之间不存在路径变更的散射。在PET成像系统中，对伽马光子的接收的时间是由时间戳记单元来确定的，所述时间戳记单元记录光探测器的电信号超过预定阈值时的时间。重合确定单元随后将彼此发生在窄时间间隔内，通常在+/-5ns内的时间戳的对识别为重合事件。通过对光探测器的电信号进行积分；因此通过对来自由伽马光子在闪烁体元件中产生的个体光子的能量进行求和来确定每个伽马光子的能量。
在基于闪烁体的探测器中，光探测器生成计时信号，这样的基于闪烁体的探测器的优点是其快速响应。诸如LYSO(Lu,Y)2SiO5:Ce和GAGGGd3(Al,Ga)5O12:Ce的当前使用的闪烁体材料能够生成具有大致几百皮秒的准确度的时间戳，使得所述闪烁体材料适合于在PET成像应用中使用。LYSO和GAGG的分别大致为45ns和90ns快速衰变时间通过确保闪烁光在连续接收到的伽马光子之间衰变到可忽略的水平而对该计时准确度做出贡献。然而，这样的基于闪烁体的探测器的能量区分却受闪烁体材料的相对低的光产出(lightyield)束缚。LYSO具有大致为32000光子/MeV的光产出，并且GAGG具有大致为65000光子/MeV的光产出。以这些光产出时，光子统计将能量分辨率限制到针对511keV伽马光子为10-12％的值。
在基于闪烁的X射线探测器中来自光探测器的电信号是以模拟的方式生成的。然而，通常在X射线CT中使用的诸如掺杂有Pr的Gd2O2S(GOS)和掺杂有Eu的(Y,Gd)2O3的闪烁体材料太慢而不能以CT成像中使用的辐射通量密度提供针对个体X射线量子的计时信息。因此，当在CT中使用这些材料时，对光探测器的电信号进行积分以便确定接收到的X射线通量密度。当利用这样的材料实施谱CT时，通过辐射源被暂时切换为生成不同能量的X射线辐射的kV切换或者通过同时生成具有不同能量的X射线辐射量子并使用堆叠的探测器以基于每个辐射量子在探测器中的吸收深度来区分每个辐射量子的能量来提供能量区分。
光子计数X射线探测器也已经被使用在谱CT的领域中，在所述谱CT的领域中，诸如CZT((Cd,Zn)Te)的材料直接将接收到的X射线辐射量子的能量转换为电荷信号。当电荷信号超过阈值时，触发计数器，所述计数器记录横贯空间中的特定线的辐射量子的总数目。这样的配置可以用于确定在X射线源与探测器之间的物质的衰减。此外，每个个体电信号的幅度指示量子的能量，允许对接收到的量子的能量区分。通过对针对空间中的特定线的不同量子能量的计数进行比较，可以确定中间物质的另外的性质。然而，这样的直接探测X射线探测器固有地具有差的计时准确度。响应于接收到的X射线量子而生成的电荷云的漂移时间花费约100ns以到达探测器的触点，在所述触点处，所述电荷云被探测到。然而，在X射线探测中，对每个辐射量子的绝对的接收的时间是较不重要的，因此电荷云漂移到探测器的触点所花费的时间的固有变化几乎没有意义。这样的直接探测技术能够基于量子的能量进行计数和区分，因此能够应用于谱CT成像。通过对比，在PET成像中，计时信号的这样的变化性将是不可接受的，将该技术的应用限制到X射线探测。
P.Amaudruz等人的文献“InvestigationofliquidxenondetectorsforPET:Simultaneousreconstructionoflightandchargesignalsfrom511keVphotons”(NuclearScienceSymposiumConferenceRecord，2007年，NSS07.IEEE，第4卷，第2889-2891页)讨论了另一基于闪烁的伽马光子探测器，在所述伽马光子探测器中，液体氙被用作闪烁体元件。被耦合到液体氙的容器的光电二极管探测响应于接收到的伽马光子而生成的光学信号，并且被设置在该容器的表面上的电极被电气偏置以便分离由伽马光子生成的电离电荷载体。被设置在液体氙中的电线测量由电子随着它们在被称作时间投影室的结构中的电极之间漂移而感生的电流。通过组合闪烁光和电离电荷实现了小于4％的能量分辨率。
然而，在这样的基于闪烁的探测器中使用液体氙有若干缺点，包括需要冷却和高压容置。此外，在为161.4K的三相点温度时为2.978g/cm3的密度的情况下，为了捕捉相同比例的入射伽马光子，液体氙要求比传统闪烁体材料更厚的闪烁体元件，所述传统闪烁体材料例如为LYSO，LYSO具有为7.3g/cm3的密度。与对大体积的冷却的或高压液体氙的使用相关联的安全问题进一步使其在例如PET成像系统中的使用的实践性复杂化。
因此，仍然存在对于这样的伽马光子探测器和X射线探测器的需要，在所述伽马光子探测器和所述X射线探测器中，可以获得良好的计时准确度和良好的能量分辨率，而不存在这样的实践问题和安全问题的缺陷。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于探测伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的具有良好计时准确度的辐射探测设备。本发明另外的目标是提供这样的具有良好能量分辨率。
这些目标通过包括半导体闪烁体元件和光探测器的辐射探测设备得以实现。所述光探测器与所述闪烁体元件光学连通。所述闪烁体元件具有两个相互对立的面；阴极与两个面中的一个电气连通，并且阳极与所述两个面中的另一个电气连通。
在使用中，所述半导体闪烁体元件对伽马光子的接收引起电荷云和光脉冲的生成。所述电荷云通过被施加在所述阳极与所述阴极之间的偏置电压而被分离成构成所述电荷云的电子和空穴。因此，所述电子和所述空穴分别朝所述阳极和所述阴极迁移。在所述阳极处或在所述阴极处收集的电荷的幅值指示伽马光子能量。高能量分辨率通过由半导体形成所述闪烁体元件得以实现，这是因为半导体响应于对伽马光子的所述接收而生成大量电子-空穴对。所述大量电子-空穴对引起高信噪比能量信号。在所述闪烁体元件中生成的对应的光学脉冲是通过冷光，更具体地为荧光来生成的，并且因此是快速生成的。所述光探测器对所述光学脉冲的探测引起可以用于准确地确定对所述伽马光子的接收的时间的电信号。因此，可以根据所述辐射探测设备来确定对所述辐射量子的探测的时间。
常规地，半导体被认为是闪烁光的差的发射体。因此，对半导体闪烁体的使用可以被认为对于产生光学脉冲以对辐射量子的探测进行准确计时而言是不足胜任的。然而，本发明人已经认识到，由于仅需要探测几个光子以便生成对应于电荷云的计时信号，因此对半导体闪烁体元件的使用确实是足以胜任的。
用于所述闪烁体元件的合适的半导体材料包括晶体材料和无定形或多晶或陶瓷材料两者。碲锌镉(CZT)、HgI2和PbI2是合适的晶体材料。通常，可以通过冷却到室温以下来改进冷光。
根据本发明的一个方面，所述闪烁体元件具有无定形结构或多晶或陶瓷结构。无定形、多晶或陶瓷半导体闪烁体材料包括在Derenzo,S.E等人的文献“NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA”(第486卷，2002年，第214-219页)中报告的CuI、HgI2、PbI2、ZnO:Ga和CdS:In，这些材料响应于对辐射量子的接收而生成冷光发射，更具体为荧光发射与电荷云的必要组合。ZnO也是适合的。这些材料在室温时生成期望的光学脉冲，然而，一般通过将它们冷却到室温以下来提高光产出。例如，在ZnO:Ga的情况中，可以通过将半导体从365K冷却到12K来使光产出提高33倍。尽管在室温时光产出为低，但是也能够获得足够数目的光子以得到期望的时间戳，这是因为这些半导体的衰变时间如此地短，通常小于1纳秒。
针对半导体闪烁体材料ZnO:Ga，Demidenko,V等人的文献“ScintillationpropertiesofceramicsbasedonzincoXide”(RadiationMeasurements，第42卷，第4–5期，2007年4-5月，第549-552页)中已经报告了9000ph/MeV的室温光产出。该化合物具有5.6g/cm3的高密度，这有助于使要吸收辐射量子所必须的闪烁体材料的厚度最小化。具有7.1-7.2g/cm3的报告的密度的氧化铟锡(ITO)是另一合适的半导体闪烁体材料，并且该半导体闪烁体材料的更高的密度进一步有助于减小闪烁体元件的厚度。此外，由于该半导体闪烁体材料的大致为4eV的带隙，因此ITO具有高光学透明度，这提高了闪烁光被光探测器收集到的比例。
其他合适的无定形、多晶或陶瓷半导体闪烁体材料包括钒酸铋Bi2VO5.5、BiVO4、Bi2O3或它们的复合物，碲化铋(Bi2Te3)，碲化锑，或氧化钨。
已经联系以上的半导体闪烁体材料的作为闪烁体元件的使用而描述的所述半导体闪烁体材料应当被认为是无机半导体闪烁体材料。
有利地，与晶体半导体材料的使用相比较，无定形、多晶或陶瓷半导体材料用于闪烁体元件的使用简化了半导体材料的制造工艺。此外，这样的制造工艺更适合对具有复杂形状的闪烁体元件的制造。此外，与诸如LYSO的传统材料相比较，闪烁体元件中的稀土材料含量的减少降低了对这些材料的有限的自然资源的依赖。
根据一种公开的装置，存在一种用于探测伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，所述辐射探测设备包括：半导体闪烁体元件(21)，其具有两个相互对立的面(23、24)；至少一个光探测器(22)；至少一个阴极(25)，其与两个闪烁体元件面中的一个的至少部分电气连通；至少一个阳极(26)，其与两个闪烁体元件面中的另一个的至少部分电气连通；其中，所述至少一个光探测器(22)与所述闪烁体元件(21)光学连通。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备还包括屏蔽电极。所述屏蔽电极为导电层，所述导电层被嵌入在所述闪烁体元件内在所述阳极与所述阴极之间，并且与所述闪烁体元件电气隔离。经电气隔离的导电层具有多个穿孔，所述多个穿孔被设计尺寸并被定向为允许电子沿从在所述导电层与所述阴极之间的区域到在所述导电层与所述阳极之间的区域的路径的通路。所述屏蔽电极起作用为提高所述辐射探测设备的能量分辨率。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备还包括多个感应式感测电极，所述多个感应式感测电极被嵌入在所述闪烁体元件内在所述阳极与所述阴极之间的区域中。所述感应式感测电极有利地提供了用于确定辐射量子相对于所述闪烁体元件的侧向入射位置的手段。
根据本发明的另一方面，所述闪烁体元件的一个面具有多个侧向分离的阳极。所述阳极与所述闪烁体元件电气连通。通过在分离的阳极处收集来自所述电荷云的电荷载体，可以确定辐射量子相对于所述闪烁体元件的侧向入射位置。
根据本发明的另一方面，所述闪烁体元件的一个面具有多个侧向分离的阳极，所述多个侧向分离的阳极与所述闪烁体元件电气连通，并且共同转向电极(commonsteeringelectrode)也被设置在所述闪烁体元件的相同的面上。在使用中，偏置电势被施加到所述共同转向电极，所述共同转向电极将迁移电荷载体朝个体侧向分离的阳极转向。有利地，由所述共同转向电极提供的提高的电荷载体分隔提高了确定辐射量子相对于所述闪烁体元件的所述侧向入射位置的准确度。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备具有单个阳极并且还包括被设置在所述闪烁体元件的与所述阳极相同的面上的共同转向电极。所述共同转向电极围绕所述阳极，使得在所述阳极与所述共同转向电极之间存在间隙。有利地，所述共同转向电极减少了在所述阳极附近的泄漏电流，从而提高了确定辐射量子相对于所述闪烁体元件的侧向入射位置的准确度。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备具有多个侧向分离的阳极和多个侧向分离的阴极，其中，所述多个侧向分离的阳极与所述两个闪烁体元件面中的一个电气连通，所述多个侧向分离的阴极与所述两个闪烁体元件面中的另一个电气连通。所述电极配置有利地允许对辐射量子的与所述闪烁体元件相互作用的侧向位置的确定。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备还包括屏蔽电极，所述屏蔽电极被实施为被设置在所述闪烁体元件的侧面上的导电区域。所述侧面被设置在两个相互对立的面之间。所述侧面可以位于相对于相互对立的面中的任一个或两者横贯定向的平面中。所述屏蔽电极被设置在所述阴极与所述阳极之间并且与所述闪烁体元件的所述侧面电介质隔离。有利地，所述屏蔽电极起作用为提高所述辐射探测设备的能量分辨率。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备中的至少一个阳极或至少一个阴极是由透明导电层形成的。此外，光探测器借助于光学接口与所述闪烁体元件光学连通，所述光学接口包括所述透明导电层的至少部分。这样的配置可以用于提高对所述闪烁光的光收集效率。通过提高所述光收集效率，提高了所述辐射探测设备的计时准确度。所述提高的计时准确度可以被有利地使用在PET成像系统中，以通过对伽马光子重合的更准确的确定而提高图像质量。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备具有多个侧向分离的阳极。所述设备还包括针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；以及被配置为接收所述电流信号或所述电压信号并且被配置为基于所述电流信号或所述电压信号的相对幅值来计算由所述闪烁体元件接收的辐射量子的相互作用的侧向位置的电子电路或处理器。用于对所述电荷的转换的合适的电子电路包括，例如电荷放大器、电流放大器或互阻抗放大器。有利地，所述辐射探测设备的空间分辨率通过计算由所述闪烁体元件接收到的辐射量子的相互作用的侧向位置的能力而得以提高。这样的配置可以有利地被使用在PET成像系统中以提高图像质量。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备还包括针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；以及被配置为接收一个或多个电流信号或电压信号并且被配置为计算由所述闪烁体元件接收到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量的电子电路或处理器，所述计算通过以下进行：对所述一个或多个电流信号或电压信号的幅值进行求和以生成指示在所述一个或多个阳极处收集到的总电荷的求和信号。有利地，辐射探测设备的能量分辨率通过计算由所述闪烁体元件接收到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量的能力而得以提高。这样的配置可以有利地被使用在PET成像系统中，以通过借助于将接收到的伽马光子的能量与预计的能量进行比较而对重合事件的改进的验证来提高图像质量。
根据本发明的另一方面，所述辐射探测设备还包括第一计时电路，所述第一计时电路被配置为接收响应于伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的接收而由所述至少一个光探测器中的每个生成的电信号，并且被配置为生成第一时间戳，所述第一时间戳指示由所述至少一个光探测器中的任一个生成的电信号超过第一预定阈值时的最早时间。所述辐射探测设备还包括针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；以及第二计时电路，所述第二计时电路被配置为接收响应于所述伽马射线辐射量子或所述X射线辐射量子的所述接收而从由每个阳极收集到的电荷生成的所述电流信号或所述电压信号，并且被配置为生成第二时间戳，所述第二时间戳指示所述电流信号或所述电压信号中的至少一个超过第二预定阈值时的时间。所述设备还包括被配置为基于所述第一时间戳与所述第二时间戳之间的时间差来计算所述辐射量子的相互作用在所述闪烁体元件中的深度的电子电路或处理器。所述相互作用的深度可以使用所述时间差与光在所述闪烁体中的速度的乘积来计算。所述计算可以基于辐射量子的轨迹来进一步补偿所述辐射量子在所述闪烁体元件中的几何路径，所述轨迹可以使用所述辐射量子与所述闪烁体元件的相互作用的空间位置来计算。有利地，所述相互作用的深度可以用于改进对由所述辐射探测设备接收到的辐射量子的轨迹的确定。可以将这样的信息与关于辐射量子的相互作用在PET成像系统中的所述闪烁体元件中的侧向位置的信息进行组合，以通过对在实践中已经经历散射的按时间重合的事件对的拒绝来提高图像质量。
根据本发明的另一方面，一种PET射线成像系统或X射线成像系统包括根据本发明的前述方面中的一个或多个的辐射探测设备。
根据本发明的另一方面，公开了一种计算机可读介质。所述计算机可读介质承载指令，所述指令当在处理器上被运行时令所述处理器进行以下中的任一项：i)通过运行以下方法步骤来生成指示所述辐射探测设备对伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的接收时间的时间戳：接收响应于所述闪烁体元件对伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的接收而由所述至少一个光探测器生成的电信号；并且将时间戳分配给超过预定阈值的最早的电信号；或者ii)通过运行以下方法步骤来确定由所述辐射探测设备接收到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量：接收由在所述至少一个阳极中的每个处收集到的电荷生成的电信号；并且对所述电信号的幅值进行求和以生成指示在所述一个或多个阳极处收集到的总电荷的求和信号。所述计算机可读介质可以有利地与所述辐射探测设备联合使用，以提高所述辐射探测设备的计时准确度和/或能量分辨率。
附图说明
图1图示了根据本发明的某些方面的示范性PET成像系统。
图2图示了根据本发明的某些方面的示范性辐射探测设备。
图3图示了屏蔽电极被嵌入在闪烁体元件内的辐射探测设备的实施例。
图4图示了多个感应式感测电极被嵌入在闪烁体元件内的辐射探测设备的实施例。
图5图示了共同转向电极被设置在与多个阳极相同的闪烁体元件面上的辐射探测设备的实施例。
图6图示了共同转向电极被设置在与单个阳极相同的闪烁体元件面上的辐射探测设备的实施例。
图7图示了包括多个侧向分离的阳极和多个侧向分离的阴极的辐射探测设备的实施例。
图8图示了包括屏蔽电极的辐射探测设备的实施例。
具体实施方式
为了提供具有良好计时准确度和良好能量分辨率的用于探测伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的辐射探测设备，联系PET成像系统来描述包括半导体闪烁体元件和光探测器的本发明。然而，还应当认识到，本发明还应用于X射线成像系统，具体为谱CT成像系统。
图1图示了根据本发明的某些方面的示范性PET成像系统。本发明的辐射探测设备例如可以被使用在图1中图示的系统中。在图1中，PET成像系统1包括关于成像区域4径向设置以便从成像区域4接收伽马辐射(也被称作伽马光子)的多个伽马辐射探测设备2、3。所述多个伽马辐射探测设备每个产生指示对伽马光子的接收的电信号，并且该电信号借助于总线5、6被重合确定单元7接收。伽马光子可以是作为放射性衰变之后的湮灭事件的结果的一对相反指向的伽马光子8、9，其中，放射性衰变产生被电子湮灭的正电子。重合确定单元7评估由电信号表示的对伽马光子中的每个的接收的时间，并将所述伽马光子分类成对彼此在窄时间间隔内被接收的重合事件的对。在PET中时间间隔通常为+/-5ns。重合确定单元7可以进一步分析与每个接收到的伽马光子相关联的能量，并在两个伽马光子都发生在窄时间间隔内并且具有在窄的预定能量窗口内，通常在峰值伽马光子能量的+/-10％内的能量时，将伽马光子的对视为是重合的。重合确定单元7与重建处理器10通信，所述重建处理器10构建针对被视为重合的每对接收到的伽马光子的响应线，并进一步处理多个这样的响应线以便重建数据，所述数据表示被重合确定单元7视为重合的所接收的伽马光子的起始位置的图像。重建处理器10可以使用诸如迭代重建和滤波反投影的技术。重建处理器10还与图像处理单元11通信，所述图像处理单元11被配置为将表示重合伽马光子的起始位置的数据处理成适合于在输出设备上呈现图像的格式。图像处理单元11还与用于呈现图像的输出设备12通信，所述输入设备12例如为显示器、打印机等。
本发明的辐射探测设备示范性地应用为图1中的伽马辐射探测设备2、3，根据该应用，期望确定对每个伽马光子的接收的时间和所述每个伽马光子的能量。如上所述，这些参数可以被重合确定单元7使用在确定和验证从成像区域4接收到的伽马光子8、9的对的重合中。
图2图示了根据本发明的某些方面的示范性辐射探测设备。在图2中，辐射探测设备20包括与光探测器22光学连通的半导体闪烁体元件21。半导体闪烁体元件21具有两个相互对立的面23、24。阴极25与两个闪烁体元件面中的一个23电气连通，并且阳极26与两个闪烁体元件面中的另一个24电气连通。
参考图2；在操作中，半导体闪烁体元件21对诸如伽马光子的辐射量子27的接收引起闪烁光的脉冲28的生成，所述闪烁光的脉冲28包括具有在半导体闪烁体元件21的特性光学发射谱内的波长的多个光子。针对光学脉冲的小于400ns，小于200ns，小于100ns或者更优选地小于50ns的衰变时间是尤其有利的。同时，利用闪烁光的脉冲28，辐射量子27引起电荷云29的生成，所述电荷云29包括多个电子-空穴对。通过使对光学脉冲的探测与随后对来自电荷云的电荷载体的探测相关，可以确定对辐射量子的接收的时间和所述辐射量子的能量。通常，光子的能量比接收到的辐射量子27的能量要小得多，并且因此闪烁光可以包括从UV经可见到红外谱区域的波长。在典型的闪烁体材料中，半导体闪烁体元件21的特性光学发射谱的峰值处于可见波长区域中。在使用中，被施加在阳极26与阴极25之间的电势差将电荷云分离成构成所述电荷云的电子和空穴，引起所述电子和所述空穴分别朝阳极26和阴极25迁移。通过测量在阳极26处或在阴极25处收集到的电荷的量，能够获得指示辐射量子27的能量的信号。在优选配置中，电子电荷是在阳极处测量的，这是因为在大多数半导体材料中，电子具有比空穴更高的迁移率，并且因此实现了对辐射量子的能量的更快探测。此外，半导体材料中的电子一般较不容易受在缺陷(defect)处的俘获影响；所述俘获影响是减少被各自的电极收集到的电荷的量的现象，并且因此与阴极相比较在阳极处能够测量到更高信噪比的电荷信号。优选地，通过探测在阳极26处接收到的电流来测量电荷。电荷放大器、电流放大器或互阻抗放大器是适合于该目的的范例电子电路。
参考图2，要被施加在阳极26与阴极25之间的电势差优选地是根据引起电荷载体漂移到电荷载体的各自的电极的电场来确定的。低的电势差引起电荷载体在漂移过程中缓慢地迁移，而较高的电势差引起载体更快地移动。在非常高的电势差时，载体可以经历碰撞电离，其中，在电荷载体与闪烁体原子相撞后生成雪崩电流。优选地，电势差在针对碰撞电离的阈值以下。合适的电场强度在100V/mm至1000V/mm的范围内，并且更优选地在200–300V/mm的范围内。
参考图2，闪烁体元件21优选地具有四角棱柱体的形状，尽管诸如六角棱柱体的其他棱柱形式也是合适的。也可以使用圆柱形闪烁体元件。因此，闪烁体元件可以具有比两个相互对立的面23、24额外的表面或面。如图2中的矩形侧视图所示，闪烁体元件21被图示为具有高纵横比。这在与良好的空间分辨率相组合地对高能辐射量子呈现长吸收深度中是有用的；然而，备选地，可以使用具有不同纵横比的闪烁体元件。尤其应当注意，在对诸如X射线辐射的较低能量辐射量子的探测中，可以使用较低的纵横比。优选地，对立的面23、24是相互平行的，其中，要将平行理解为涵盖在精确平行的+/-10度以内的布置。
参考图2，单个光探测器22被示为与闪烁体元件22光学连通，尽管也应当认识到也可以使用多个光探测器。一个或多个光探测器可以与闪烁体元件21的面或表面中的任一个的部分光学连通。通过将多个光探测器配置为探测来自闪烁体元件21的更大表面积的闪烁光，增大了捕捉闪烁光脉冲的概率，尤其是在闪烁元件21响应于对辐射量子27的接收而仅生成几个光子时。在一个范例实施方式中，光探测器22可以为固态半导体光探测器，所述固态半导体光探测器在本文中被定义为在半导体材料中使用单片工艺产生的光探测器。在另一范例实施方式中，光探测器22可以为光电二极管，例如，雪崩光电二极管(APD)、硅光电倍增器(SiPM)或单光子雪崩探测器(SPAD)；并且在另一范例中，光探测器可以为光电倍增管(PMT)。对诸如光电二极管的固态探测器的使用提高了紧凑性。PMT探测器具有快的响应时间和高的灵敏度，这使得PMT探测器适合于以高灵敏度探测起因于辐射事件的闪烁光。
参考图2，图示了单个阳极26和单个阴极25。然而，应当认识到，备选地，多个阳极可以与闪烁体元件面24电气连通，并且同样地，多个阴极可以与闪烁体元件面25电气连通。
对于图2中的闪烁体元件21的合适的闪烁体元件包括晶体闪烁体元件和较不有序的结构的半导体闪烁体元件两者。尽管在被冷却到室温以下时呈现冷光的闪烁体元件也是合适的，优选在室温时呈现冷光的闪烁体。如上所述，合适的材料包括CZTCuI、HgI2、PbI2、ZnO以及CdS:In、ZnO:Ga、ITO，钒酸铋Bi2VO5.5、BiVO4、Bi2O3或它们的复合物，碲化铋(Bi2Te3)，碲化锑或氧化钨、归因于光致电离而示出显著淬灭的冷光材料，但不限于这些范例。对具有较不有序的、因此为无定形结构或多晶结构或陶瓷结构的半导体闪烁体元件的使用具有以下优点：电极可以在制作期间被嵌入闪烁体元件内，同时维持闪烁体的整体(bulk)电性质。闪烁体元件21可以被制备为无定形、多晶或陶瓷形式，其中在电极被压入所谓的生坯中之前，电极已经被嵌入粉末组分中。在陶瓷的烧制(在其期间在电极周围形成陶瓷、多晶或无定形结构)后，电极保留被嵌入在闪烁体元件内。这样的嵌入是晶体半导体闪烁体元件所不能的，在所述晶体半导体闪烁体元件中，对沿其生长的轴的晶体结构所必须的维持禁止了这样的中断。
图3图示了辐射探测设备的实施例，在所述辐射探测设备中，屏蔽电极被嵌入闪烁体元件内。屏蔽电极31以此方式的嵌入是通过对具有无定形或多晶或陶瓷结构的闪烁体元件的使用来实现的。参考图2的辐射探测设备，图2的解决方案的缺点在于，由闪烁体元件21对辐射量子的接收导致在每个电极处收集到的总电荷对辐射量子27在闪烁体元件中的相互作用的深度的依赖。这在部分上是归因于电荷载体，通常为空穴在它们到达阴极25之前的过早的重新组合。借助于从阳极26流动的电流而在阳极26处感测到的电子电荷受在阴极25处收集到的空穴电荷影响。由于空穴通常非常容易受俘获影响，因此在闪烁体元件21中的深处吸收的辐射量子引起与已经经历浅吸收的辐射量子相比较更高的被俘获空穴的比例。因此，借助于在阳极26处的电流探测到的电子电荷受辐射量子的吸收深度影响。由于该信号指示辐射量子的能量，因此其限制了通过图2中的解决方案可实现的能量分辨率。
图3中的被嵌入在闪烁体元件21中的屏蔽电极31起作用为通过遮蔽集电电极来提高辐射探测设备的能量分辨率。参考图3，屏蔽电极31为被嵌入闪烁体元件21内的在阳极26与阴极25之间并且与闪烁体元件21电气隔离的导电层。该经电气隔离的导电层具有由穿孔32和穿孔33例示的多个穿孔，所述多个穿孔被设计尺寸并被定向为允许电子沿从在导电层与阴极25之间的区域到在导电层与阳极26之间的区域的路径的通路。穿孔优选地具有在100微米到5毫米的范围内的直径，更优选地具有在500微米到1毫米的范围内的直径。优选地，屏蔽电极31位于与包括与阳极26电气连通的闪烁体元件面24的平面平行的平面中；其中，要将平行理解为涵盖在精确平行的+/-10度以内的布置。
在使用中，对图3中的屏蔽电极31施加偏置电压，所述偏置电压起作用为遮蔽阳极26和阴极25，使得仅在集电电极与屏蔽电极31之间迁移的电荷载体影响在集电电极处感测到的电荷。在这样的构造中，阳极26优选地被用作集电电极，这是因为电子具有最高的迁移率并且相比空穴较不容易受电荷俘获影响，引起通过测量在阳极26处收集到的电荷实现了最高、最快的响应。优选地，屏蔽电极31被定位为相比阴极25更靠近阳极26，这是因为以此方式增大了针对辐射量子27的相互作用深度，并且电子在它们穿过屏蔽电极31中的穿孔32、33并随后到达阳极26之前不被阳极26感测到。这么做降低了在阳极处收集到的电荷的幅值对辐射量子在闪烁体元件21中的相互作用的深度的依赖性。有利地，这提高了辐射探测设备30的能量分辨率。
图3中的屏蔽电极例如可以由在闪烁体元件的制造期间被嵌入无定形或多晶或陶瓷闪烁体元件内的导电网格形成。该网格例如可以由金属丝或具有必要穿孔的金属层形成。与闪烁体元件的电气隔离可以通过在将导电网格嵌入闪烁体内之前，利用高温陶瓷绝缘体包覆导电网格的导电元件来实现，所述高温陶瓷绝缘体具有比闪烁体的熔点更高的熔点。导电元件之间的穿孔可以通过例如确保陶瓷绝缘体不完全填充网格中的空穴来实现。针对导电网格，通过使用具有超过闪烁体的熔化温度的熔点的难熔金属，例如钨，可以在将粉末化形式的闪烁体组成物压制成所谓的生坯之前，将网格嵌入粉末化形式的闪烁体组成物中。屏蔽电极在陶瓷的烧制后保留为被嵌入在闪烁体元件内，在所述陶瓷的烧制期间，在屏蔽电极周围形成陶瓷、多晶或无定形结构。
图4图示了辐射探测设备的实施例，在所述辐射探测设备中，多个感应式感测电极被嵌入闪烁体元件内。与图3中图示的实施例相同，感应式感测电极41以此方式的嵌入是通过对具有无定形、多晶或陶瓷结构的闪烁体元件21的使用来实现的。感应式感测电极41随着电子云被阳极26与阴极25之间的电场分离而感测电荷云中的电荷载体，并且因此指示辐射量子27的侧向入射位置。这么做能够有利地更加准确地确定接收到的辐射量子的侧向位置。术语侧向位置通篇指的是在平行于闪烁体元件的接收辐射量子的面的平面上的位置。多个感应式感测电极41包括第一层细长导体42和第二层细长导体43，其中，所述第一层细长导体42在第一方向上从闪烁体元件的侧面延伸，并且每个第一层细长导体42均借助于围绕每个细长导体的绝缘区域与闪烁体元件电气隔离，所述第二层细长导体43在第二方向上从闪烁体元件的另一侧面延伸，并且每个第二层细长导体43均借助于围绕每个细长导体的绝缘区域与闪烁体元件电气隔离。此外，第一层、第二层以及具有阳极26的闪烁体元件面24每个位于相互平行的平面中，并且第一方向与第二方向是相互横向(transverse)的。要将相互平行的定义理解为涵盖在精确平行+/-10度以内的布置。在使用中，被施加在阳极26与阴极25之间的偏置电压引起由入射辐射量子27生成的电子和空穴分别朝阳极26和阴极25迁移。随着电荷载体通过接近感应式感测电极41，在感应式感测电极中感生镜像电荷。围绕每个绝缘层的绝缘区域阻止电荷载体在感应式感测电极处的收集，而是电荷载体继续朝它们各自的阳极电极或阴极电极迁移。横向定向的电极的两个层被布置为位于与具有阳极的闪烁体元件面平行的平面中的配置允许借助于感应式感测电极的两个横向轴对辐射量子的相互作用的侧向位置的确定，在所述感应式感测电极处，由电荷载体感生镜像电荷。
为了探测在图4中的感应式感测电极41中感生的电荷，每个电极可以例如被单独地电气连接到电荷放大器、电流放大器或互阻抗放大器。使用例如被配置为互阻抗放大器配置的运算放大器将每个电极的电势优选地维持在固定电势，使得在闪烁体元件内的两层中的每层处的电势都被维持在固定电势。优选地，一层内的全部细长导体42、43的电势根据阴极与阳极之间的电势差以及该层在阳极与阴极之间的平均距离来确定，使得在该层中的每个导体的电势均为这样的电势：在所述电势时，闪烁体元件将在不存在该层时的平均距离处。
图4中的感应式感测电极41在闪烁体元件21中的嵌入可以如图3中的有关于对屏蔽电极31的嵌入所描述的来实现。每个细长导体与闪烁体元件的电气隔离可以同样地如图4中的有关于导电网格的导电元件的电气隔离所描述的来执行。
图5图示了共同转向电极被设置在与多个阳极相同的闪烁体元件面上的辐射探测设备的实施例。为了容易图示，仅示出闪烁体元件中具有阳极的面24。由共同转向电极提供的改进的电荷载体分隔提高了在辐射探测设备50中确定辐射量子相对于闪烁体元件21的侧向入射位置的准确度。在图5中，共同转向电极51被设置在与和闪烁体元件21电气连通的多个侧向分离的阳极526相同的闪烁体元件面上。共同转向电极51可以与闪烁体元件电气连通，或者备选地与闪烁体元件电介质隔离。合适的电介质隔离材料包括电气绝缘的氧化物，所述电气绝缘的氧化物包括闪烁体元件自身的本身的氧化物，以及聚合物。共同转向电极51包括多个电气互联的导电区域52、53，所述多个电气互联的导电区域52、53被设置在阳极526之间或阳极526周围，使得邻近的阳极被共同转向电极的至少部分侧向分离。在使用中，对共同转向电极施加偏置电势，这影响闪烁体元件内的电势。结果得到的电场线起作用为使朝个体横向分离的阳极526迁移的电荷载体转向。在使用中，每个阳极上的偏置电势相对于阴极为正，以便在阴极处收集电子。为了使电子朝阳极转向，共同转向电极上的偏置电势应当具有较小的正性，优选地比在阳极处收集电子的所述阳极的电势的正性少几伏至几十伏。有利地，由共同转向电极提供的改进的电荷载体分隔提高了确定辐射量子相对于闪烁体元件的侧向入射位置的准确度。
图6图示了共同转向电极被设置在与单个阳极相同的闪烁体元件面上的辐射探测设备的实施例。在图6中，共同转向电极651围绕阳极626，使得在阳极626与共同转向电极651之间存在间隙601。共同转向电极651可以与闪烁体元件面电气连通，或者备选地与闪烁体元件面电介质隔离。在使用中，向共同转向电极施加偏置电势，所述共同转向电极与图5中的共同转向电极一样起作用为使朝阳极迁移的电子转向，引起在阳极处对所述电子的收集。有利地，由共同转向电极提供的改进的电荷载体分隔提高了确定辐射量子相对于闪烁体元件的侧向入射位置的准确度。
图7图示了包括多个侧向分离的阳极和多个侧向分离的阴极的辐射探测设备的实施例。在图7中，多个侧向分离的阳极726与两个闪烁体元件面中的一个24电气连通，并且多个侧向分离的阴极725与两个闪烁体元件面中的另一个23电气连通。阳极726由在第一方向上延伸的多个导电条形成，并且阴极由在第二方向上延伸的多个导电条形成。此外，第一方向和第二方向是相互横向的。在使用中，对相对于每个阴极为正的每个阳极施加偏置电势，以便在阳极处收集电子并在阴极处收集空穴。相互侧向的电极配置允许通过测量在阳极中的每个处以及在阴极中的每个处收集到的电荷来对辐射量子与闪烁体元件相互作用的侧向位置的确定。在优选配置中，计算在每个阳极-阴极对处收集到的电荷的幅值的差。通过随后针对全部阳极-阴极对比较该差可以确定辐射量子与闪烁体元件相互作用的侧向位置。
图8图示了包括屏蔽电极的辐射探测设备的实施例。在图8中，屏蔽电极831为被设置在闪烁体元件21的在阴极25与阳极26之间的侧面上并且与闪烁体元件的侧面电介质隔离的导电区域。在优选配置中，屏蔽电极由围绕闪烁体元件的导电带形成，尽管具有一个或多个间断的这样的带也是合适的。优选地，该带位于这样的平面中：所述平面与包括与阳极26电气连通的闪烁体元件面24的平面平行，并且因此与在精确平行的+/-10以度以内的平面平行。如有关于其他实施例所描述的，可以存在一个或多个阳极以及一个或多个阴极。在使用中，对相对于一个或多个阴极25为正的一个或多个阳极26施加偏置电势，以便将由接收到的辐射量子27生成的电荷云分离成构成所述电荷云的电子和空穴。优选地，在阳极26处收集电子，以便确定由闪烁体元件接收到的辐射量子的能量，并且屏蔽电极831被定位为距阳极26比距阴极25更近。在使用中，对屏蔽电极施加另外的偏置电压，这起作用为遮蔽阳极，使得仅在集电阳极与屏蔽电极之间迁移的电荷载体被集电阳极探测到。优选地，根据阴极与阳极之间的电势差以及屏蔽电极在阳极与阴极之间的平均距离来确定屏蔽电极上的电势，使得屏蔽电极上的电势为这样的电势：在所述电势时闪烁体元件将在没有屏蔽电极时的平均距离处。在另一配置中，屏蔽电极上的电势被保持在地电势处。屏蔽电极还起作用为减少在阳极与阴极之间经由闪烁体元件的表面的泄漏电流。有利地，屏蔽电极起作用为提高辐射探测设备的能量分辨率。
在本发明的另一实施例中，辐射探测设备中的至少一个阳极或至少一个阴极由透明导电层形成。此外，光探测器借助于光学接口与闪烁体元件光学连通，所述光学接口包括透明导电层的至少部分。因此，光探测器可以被定位以便探测来自闪烁体元件的已经穿过透明导电阳极层或透明导电阴极层的至少部分的闪烁光。参考图2，在一个预期的配置中，类似于光电二极管22的光电二极管因此可以借助于阳极26和阴极25中的任一个或两者的部分与闪烁体元件21光学连通。在另一预期的配置中，光电二极管可以与闪烁体元件的每一个表面接触。因此，示范性地参考图3，闪烁体元件21的六个面中的每个原则上可以与光探测器光学连通。通过由透明导体形成阳极或阴极或者通过如此配置光探测器，在闪烁体元件内生成的否则将在阳极或阴极处被吸收或在闪烁元件内被衰减的闪烁光反而被光探测器探测到。因此，提高了对闪烁光的收集效率。在具有差的闪烁效率的半导体闪烁体材料中，在阳极表面和阴极表面处探测光子的能力表示辐射探测设备的计时准确度的显著提高，这是因为提高了捕捉由辐射量子生成的第一光子的概率。优选地，氧化铟锡ITO被用作透明导电层，尽管也可以使用其他材料，包括氧化锌、掺杂有氟的氧化锡、锆钛酸铅(PZT)薄膜、石墨烯以及碳纳米管网络。可以使用例如包括闪烁体元件自身的本身氧化物的电气绝缘氧化物，以及聚合物来提供对透明导电层的电介质隔离。具有透明导电层的这样的配置可以有利地被使用在PET成像系统中，以通过对重合事件的更加准确的确定来提高图像质量。
每个辐射量子的探测的时间被使用在PET成像系统中，以将在通常为+/-5ns的窄时间间隔内接收到的重合事件或伽马光子的对与随机事件区分开。重合事件的对被解读为具有放射性衰减事件的共同起源，并且因此识别PET成像系统的成像区域内的放射示踪剂的源。每个伽马光子的能量用于通过拒绝伽马光子的能量位于预定能量范围之外并因此有可能通过散射经历路径变更的所述伽马光子来进一步验证该对的共同起源。
总而言之，已经具体参考PET成像系统描述了用于利用提高的计时准确度和提高的能量分辨率来探测辐射量子的辐射探测设备。该辐射探测设备应用于对伽马射线辐射和X射线辐射的探测，并且还可以被使用在谱CT的领域中。该辐射探测设备包括半导体闪烁体元件和光探测器。该光探测器与闪烁体元件光学连通。该闪烁体元件具有两个相互对立的面；阴极与这两个面中的一个电气连通并且阳极与这两个面中的另一个电气连通。
尽管已经在附图和前文的描述中详细图示和描述了本发明，但是要将这样的图示和描述视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例，并且能够用于在各种应用中对伽马射线辐射量子和X射线辐射量子的探测进行计时。

Claims (16)

1.一种用于探测伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，包括：
半导体闪烁体元件(21)，其具有两个相互对立的面(23、24)；
至少一个光探测器(22)，其与所述闪烁体元件(21)光学连通；
其中，所述至少一个光探测器(22)具有光探测器电输出部，所述光探测器电输出部被配置为在所述光探测器电输出部处生成第一电信号，所述第一电信号指示对探测到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的接收的时间；
至少一个阴极(25)，其与两个闪烁体元件面中的一个的至少部分电气连通；
至少一个阳极(26)，其与所述两个闪烁体元件面中的另一个的至少部分电气连通；
其中，所述至少一个阴极(25)或所述至少一个阳极(26)中的至少一个被配置为生成第二电信号，所述第二电信号指示探测到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量。
2.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，其中，所述第二电信号是在所述第一电信号之后生成的。
3.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，其中，所述闪烁体元件具有无定形结构或多晶结构或陶瓷结构。
4.根据权利要求3所述的辐射探测设备(30)，还包括屏蔽电极(31)；
其中，所述屏蔽电极(31)为导电平面层，所述导电平面层被嵌入在所述闪烁体元件(21)内在所述阳极(26)与所述阴极(25)之间并且与所述闪烁体元件(21)电气隔离；并且
其中，经电气隔离的导电层具有多个穿孔(32、33)，所述多个穿孔被配置为允许电子沿从在所述导电层与所述阴极(25)之间的区域到在所述导电层与所述阳极(26)之间的区域的路径的通路。
5.根据权利要求3所述的辐射探测设备(40)，还包括第一侧面、第二侧面以及多个感应式感测电极(41)；其中，所述第一侧面和所述第二侧面被设置在所述两个相互对立的面(23、24)之间，并且其中，所述多个感应式感测电极(41)被嵌入在所述闪烁体元件(21)内在所述至少一个阳极(26)与所述至少一个阴极(25)之间的区域中；
其中，所述多个感应式感测电极(41)包括第一层细长导体(42)和第二层细长导体(43)，其中，所述第一层细长导体在第一方向上从所述闪烁体元件(21)的所述第一侧面延伸，并且每个所述第一层细长导体借助于围绕每个细长导体的绝缘区域与所述闪烁体元件(21)电气隔离，所述第二层细长导体在第二方向上从所述闪烁体元件(21)的所述第二侧面延伸，并且每个所述第二层细长导体借助于围绕每个细长导体的绝缘区域与所述闪烁体元件(21)电气隔离；
其中，所述第一层(42)、所述第二层(43)以及具有所述阳极(24)的所述闪烁体元件面每个位于相互平行的平面中，并且其中，所述第一方向与所述第二方向是相互横向的。
6.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，其中，所述至少一个阳极为多个侧向分离的阳极。
7.根据权利要求6所述的辐射探测设备(50)，还包括被设置在与所述多个阳极(526)相同的闪烁体元件面上的共同转向电极(51)；
其中，所述共同转向电极(51)包括多个电气互联的导电区域(52、53)，所述多个电气互联的导电区域被设置在所述阳极(526)之间或所述阳极周围，使得邻近的阳极被所述共同转向电极(51)的至少部分侧向分离。
8.根据权利要求1所述的辐射探测设备(60)，具有单个阳极(626)并且还包括被设置在与所述阳极(626)相同的闪烁体元件面上的共同转向电极(651)；
其中，所述共同转向电极(651)围绕所述阳极(626)，使得在所述阳极(626)与所述共同转向电极(651)之间存在间隙(601)。
9.根据权利要求1所述的辐射探测设备(70)，其中，所述至少一个阳极为多个侧向分离的阳极(726)，并且其中，所述至少一个阴极为多个侧向分离的阴极(725)；
其中，所述阳极(726)由在第一方向上延伸的多个导电条形成，并且所述阴极(725)由在第二方向上延伸的多个导电条形成；
其中，所述第一方向与所述第二方向是相互横向的。
10.根据权利要求1所述的辐射探测设备(80)，还包括第一侧面和屏蔽电极(831)；
其中，所述第一侧面被设置在所述两个相互对立的面(23、24)之间；并且
其中，所述屏蔽电极(831)为被设置在所述闪烁体元件的所述第一侧面上并且与所述闪烁体元件(21)的所述第一侧面电介质隔离的导电区域。
11.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，其中，至少一个阳极(26、526、626、726)或至少一个阴极(25、725)由透明导电层形成；并且
其中，所述至少一个光探测器(22)借助于包括所述透明导电层的至少部分的光学接口与所述闪烁体元件(21)光学连通。
12.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，其中，所述至少一个阳极为多个侧向分离的阳极(526、726)；所述设备还包括：
针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；
被配置为如下的电子电路或处理器，所述电子电路或所述处理器被配置为接收所述电流信号或所述电压信号，并且被配置为基于所述电流信号或所述电压信号的相对幅值来计算被所述闪烁体元件接收到的辐射量子的相互作用的侧向位置。
13.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，还包括：
针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；
被配置为如下的电子电路或处理器，所述电子电路或所述处理器被配置为接收一个或多个电流信号或电压信号，并且被配置为通过对所述一个或多个电流信号或电压信号的幅值进行求和以生成指示在所述一个或多个阳极处收集到的总电荷的求和信号来计算被所述闪烁体元件接收到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量。
14.根据权利要求1所述的辐射探测设备(20、30、40、50、60、70、80)，还包括：
第一计时电路，其被配置为接收响应于伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的所述接收而由所述至少一个光探测器中的每个生成的电信号，并且被配置为生成第一时间戳，所述第一时间戳指示由所述至少一个光探测器中的任一个生成的电信号超过第一预定阈值时的最早时间；
针对每个阳极被配置为将在所述阳极处收集到的电荷转换成电流信号或电压信号的电子电路；
第二计时电路，其被配置为接收响应于所述伽马射线辐射量子或所述X射线辐射量子的所述接收而根据由每个阳极收集到的电荷生成的电流信号或电压信号，并且被配置为生成第二时间戳，所述第二时间戳指示所述电流信号或所述电压信号中的至少一个超过第二预定阈值时的时间；
被配置为如下的电子电路或处理器，所述电子电路或所述处理器被配置为基于所述第一时间戳与所述第二时间戳之间的时间差来计算所述辐射量子在所述闪烁体元件中的相互作用的深度。
15.一种PET成像系统或X射线成像系统，包括根据权利要求1-14中的任一项所述的辐射探测设备。
16.一种承载指令的计算机可读介质，所述指令当在处理器上被运行时令所述处理器进行以下中的任一项：
通过运行以下方法步骤来生成时间戳，所述时间戳指示伽马射线辐射量子或X射线辐射量子被根据权利要求1所述的辐射探测设备接收的时间：
接收响应于由所述闪烁体元件对伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的接收而由所述至少一个光探测器生成的电信号；并且
将时间戳分配给超过预定阈值的最早的电信号；或者
通过运行以下方法步骤来确定被根据权利要求1所述的辐射探测设备接收到的伽马射线辐射量子或X射线辐射量子的能量：
接收由在所述至少一个阳极中的每个处收集到的电荷生成的电信号；并且
对所述电信号的幅值进行求和以生成求和信号，所述求和信号指示在所述一个或多个阳极处收集到的总电荷。
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