CN105793734B - 用于探测光子的探测设备以及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于探测由辐射源(2)发射的光子的探测设备(6)。所述探测设备(6)被配置为在第一时间段期间探测所述光子。所述探测设备(6)包括：具有中间直接转换材料的传感器(10)，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴；整形元件(20)；以及补偿单元(450、INT、950)。所述补偿单元(450、INT、950)适于基于电脉冲并且基于所述传感器(10)的光电导增益来提供补偿信号。本发明的核心是提供电路以通过如下操作来减小由于关于谱计算机断层摄影中的直接转换探测器的固有误差的伪影：确定补偿电流；探测或者监测基线恢复器反馈信号；或者忽略高于基线水平的信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于探测由辐射源发射的光子的探测设备和探测方法。
背景技术
如果具有不完全阻挡(阴极)接触的Cd[Zn]Te被用于单光子计数探测器，则光电导增益引起尤其是对于DC耦合的读出电子器件的主要问题：由于其是在光电流的顶部上的缓慢改变的电流，因此其导致在模拟读出通道的输出处朝向设置能量阈值的基线偏移，从而使得在没有任何校正手段的情况下，光子的能量被误差地记录。如果持续电流非常缓慢地改变并且堆积效应是有限的，则能够应用诸如常规基线恢复(BLR)的已知方法。公知地，如果感测整形器(SHA)的输出处的脉冲频繁堆积，则感测在SHA的输出处的基线(BL)的常规BLR方法将导致显著误差的基线估计：在这种情况下，不再达到BL，因此BL被误差地估计。
可以由具有双极性波形的来自邻近像素的感生的脉冲引起额外的效应。取决于所感生的脉冲相对于真实脉冲的信号的相位，所感生的脉冲能够贡献于堆积或者减小SHA输出信号上可见的堆积。
此外，甚至在低X射线通量但长辐照时间下，传感器得到极化。这在正确的阈值位置应当被确定的对探测器的能量校准期间是成问题。极化使校准失真。
除了以上之外，基线恢复器电路通常通过使用如下部件来实施：峰探测器，其感测基线；低通滤波器(例如，积分器)，其用于限制对低频BL偏移的补偿；以及(一个或多个)跨导体元件，其负责在输入节点(或者整形器输入，取决于实施方式)处注入或者吸收补偿电流。然而，BLR电路内的峰探测器对尤其高于BL(在其中整形器输出信号是低于该BL的脉冲的实施中)的期望背景电流的相对方向上的整形器输出水平的漂移(excursion)非常敏感。亦即，高于BL水平的信号将由峰探测器感测为如同其是新的BL水平，从而在最坏的情况下导致等于完全信号漂移的校正，所述完全信号漂移高于BL水平。高于BL水平的这样的漂移能够主要由两个非理想的伪影导致；亦即，来自邻近像素的感生的脉冲(其具有在BL水平周围的双极性形状)以及整形器过冲(高于BL水平的小半波)。
US2010172467A1涉及一种装置，其用于根据成像设备(尤其是计算机断层摄影装置)中的撞击X射线来生成可计数的脉冲。所述装置包括：前置放大元件，其适于将由撞击光子生成的电荷脉冲转换为电信号；以及整形元件，其具有反馈回路并且适于将电信号转换为电脉冲。延迟电路被连接到所述反馈回路，使得反馈回路在其期间收集电信号的电荷的时间被延长，以便改进整形元件的输出处的电脉冲的幅度。
US2004027183A1公开了一种连续时间基线恢复(BLR)电路，其提供在恒定分数辨别器(CFD)装备和定时电路中的内置脉冲尾抵消或者BLR尾抵消电路。BLR尾抵消电路被应用在恒定分数定时整形滤波器和装备电路的输出处，以允许以高输入信号计数率操作的CFD电路的单片集成电路实施。与同时尾抵消一起，BLR尾抵消电路提供对dc偏离和计数率相关的基线误差的校正。针对来自输入信号的准确时间截取(pickoff)，需要对由于电子器件错配的dc偏离和计数率相关基线误差的校正。需要脉冲宽度或者脉冲尾抵消的减小，以：缩短高计数率信号的持续时间，以防止由新信号叠加在先前信号的尾部上的事件发生(被已知为脉冲堆积的状况)引起的严重失真。在没有脉冲尾抵消的情况下，存在由于脉冲堆积的时间截取的实质误差。
WO2013057645A2公开了一种成像系统，其包括：具有直接转换探测器像素的探测器阵列，所述直接转换探测器像素探测穿过成像系统的检查区域的辐射，并且生成指示所探测到的辐射的信号；脉冲整形器，其被配置为交替处理由探测器阵列所生成的指示所探测到的辐射的信号或者具有对应于不同且已知的能量水平的不同且已知的高度的测试脉冲的集合，并且被配置为生成具有指示经处理的探测的辐射或者测试脉冲的集合的能量的高度的输出脉冲；以及阈值调节器，其被配置为结合测试脉冲的集合的高度和预定固定能量阈值的集合来分析对应于测试脉冲的集合的输出脉冲的高度，并且基于所述分析的结果来生成指示基线的阈值调节信号。
E.Kraft等人在IEEE Transactions on Nuclear Science，第54卷、第383至390页(2007)的文献“Counting and Integrating Readout for Direct Gonversion X-rayImaging:Concept,Realization and First Prototype Measurements”公开了一种用于利用直接转换像素化半导体传感器进行X射线成像的信号处理原理。所述方法组合每个单个像素中的电荷积分和光子计数。对这两个信号处理链的同时操作将动态范围扩展超过个体方案的限制，并且允许对平均光子能量的确定。诸如X射线计算机断层摄影的医学应用能够通过改进的对比度和确定由于通过被扫描的对象的衰减的管谱的硬化的能力而从该额外谱信息获益。已经成功测试了采取0.35微米技术的原型芯片。像素电子器件是使用低摆幅差分电流模式逻辑来设计的。关键元件是用于电荷敏感放大器的可配置反馈电路，其提供连续复位、泄漏电流补偿，并且复制用于积分器的输入信号。所述文献讨论了原型结构的测量结果，并且给出了关于电路设计的细节。
R.Steadman等人在Proceedings of SPIE，第762220-762220-8页(2010)上的文献“ChromAIX:a high-rate energyresolving photon-counting ASIC for spectralcomputed tomography”公开了对谱CT的可行性的研究。能量分辨专用光子计数ASIC(ChromAIX)已经被设计为在提供能量辨别的同时提供高计数率能力。ChromAIX ASIC包括具有300微米的各向同性间距的4乘16像素的布置。每个像素包含多个独立能量辨别器，所述多个独立能量辨别器具有其对应的12比特计数器的，所述对应的12比特计数器具有连续读出能力。所观察到的超过10Mcp的泊松计数率(对应于近似27Mcp入射平均泊松率)已经通过电表征被实验性验证。2.6mVRMS的测量噪声(4keV FWHM)遵循规范。ChromAIX ASIC已经被具体设计为支持直接转换材料CdZnTe和CdTe。
期望减小由于关于谱计算机断层摄影(CT)中的直接转换探测器的固有误差的伪影。
发明内容
本发明的目的是提供一种探测设备和探测方法，其减小由于关于谱计算机断层摄影(CT)中的直接转换探测器的固有误差的伪影。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于探测由辐射源所发射的光子的探测设备。所述探测设备被配置为在第一时间段期间探测所述光子。所述探测设备包括：传感器，其包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴；整形元件，其适于将由光子生成的电荷脉冲转换为电脉冲；以及补偿单元，其被耦合在所述整形元件的输出部与所述整形元件的输入部之间。所述补偿单元包括光电导增益提供单元。所述光电导增益提供单元被配置为提供针对所述传感器的光电导增益。所述补偿单元还包括第二时间段电流提供单元。所述第二时间段电流提供单元被配置为在至少第二时间段期间提供来自所述传感器的电流。所述第二时间段比所述第一时间段短。所述补偿单元适于将补偿信号提供到所述整形元件。所述补偿信号基于来自所述传感器的电流并且基于针对所述传感器的所述光电导增益。
本发明的关键想法是补偿由于关于直接转换探测器的固有误差(诸如，持续电流或者过冲)的伪影。例如通过如下操作来减少伪影：通过根据所测量的总像素电流和光电导增益来确定补偿电流；通过探测或监测基线恢复器反馈信号以确定针对探测器的每个读出的传感器内的极化的程度；或者通过包括在基线恢复器电路的输入部处的电路，所述电路确保高于基线水平的任何信号被忽略。在该背景下，注意，术语“高于”不是限制并且取决于实施方式。亦即，在该背景下的“高于”意指与预期的规则的整形器脉冲具有相反极性的信号。优选地，所述基线恢复电路忽略“高于”基线的信号或者不对“高于”基线的信号做出反应。从而，感生脉冲对基线恢复器的影响被降低或者甚至消除。
所述探测设备优选地是光子计数探测设备(也已知为能量辨别光子计数探测设备)，即，这样的探测设备：其将所探测到的光子能量辨别到一个或多个能量区间中；并且为每个能量区间提供表示具有落入到各自的能量区间的能量的所探测到的光子的数量的计数。这样的探测设备例如被用在医学成像系统中，诸如医学计算机断层摄影(CT)系统、医学正电子发射断层摄影(PET)系统或者医学单光子发射计算机断层摄影(SPECT)系统。
辐射源能够例如是X射线管或类似的设备、伽玛辐射的源，诸如伽玛发射放射性核素或者正电子发射放射性核素。优选地，所述辐射源能够是多能量辐射源，即，以两个或更多个能级发射光子的辐射源。
在实施例中，所述第二时间段在所述第一时间段之内；并且其中，由所述第二时间段电流提供单元提供的来自所述传感器的所述电流对应于在所述第二时间段期间测量的来自所述传感器的像素电流。
在本发明的优选实施例中，所述补偿单元包括第一电流源、第二电流源和第三电流源，以及第一晶体管和第二晶体管。所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极被耦合到所述第一电流源。
第一电流源、第二电流源和第三电流源，以及第一晶体管和第二晶体管形成差分对。由于差分对的性质，由传感器生成的任何DC电流将由差分对的右支路漏出。第一晶体管的漏极电流采取一值，使得第二晶体管的漏极电流允许容纳来自所述传感器的该DC电流。假设传感器生成正DC电流，通过第二晶体管的电流将被减小，这仅能够在第一晶体管的栅极电压改变为使得通过第一晶体管的漏极电流增加时出现。因此，能够完全补偿暗电流。
在本发明的另外的优选实施例中，所述第一晶体管的漏极被耦合到所述第二电流源。所述第二晶体管的漏极被耦合到所述第三电流源。所述电脉冲被提供到所述第一晶体管的栅极。参考电压被提供到所述第二晶体管的栅极。所述第二晶体管的漏极被耦合到所述整形元件的输入部。
通过将所述第二晶体管的漏极耦合到所述整形元件的输入部，由所述传感器生成的任何DC电流将由所述差分对的左支路漏出。在该实施例中，测量所述差分对的左侧通道和右侧通道的电流总和，即，是否仅有暗电流存在。如果由具有暗电流存在的整形元件输出的电压等于由没有暗电流存在的整形元件输出的电压，则暗电流被完全补偿。
在本发明的另外的优选实施例中，所述补偿单元还包括基线恢复器电路。通过采用基线恢复器电路，能够减轻基线偏移。此外，基线恢复减小了低频率扰动(例如，功率线杂音和振动颤噪)的不利影响。
在本发明的另外的优选实施例中，所述探测设备还包括：基线恢复器电路；开关网络，其包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关，其中，所述基线恢复器电路被耦合在所述第一开关与所述第二开关之间；以及电流镜。所述探测设备能够操作在第一模式和第二模式中。在所述第一模式中，所述第一开关和所述第二开关被闭合，使得所述基线恢复器电路是能够操作的，所述第三开关将所述第二晶体管的漏极耦合到所述电流镜，并且所述第四开关将所述第一晶体管的漏极耦合到接地端。在所述第二模式中，所述第一开关和所述第二开关被打开，使得所述基线恢复器电路被断开连接，并且所述第三开关将所述第二晶体管的漏极耦合到所述第一晶体管的漏极。在所述第一模式中，通过经由电流镜测量补偿电流来测量光电导增益。所述第二模式对应于正常操作。
在本发明的另外的优选实施例中，所述探测设备还包括第四电流源。所述第四电流源被耦合在所述第二晶体管的漏极与所述第一晶体管的漏极之间。优选地，所述第四电流源由数模转换器的输出来控制，使得所述第四电流源能够漏出恰好正确量电流，从而所述整形元件仅测量光电流。
在本发明的另外的优选实施例中，所述探测设备还包括数模转换器和积分通道，其中，所述数模转换器被耦合在所述积分通道的输入部与所述第四电流源的控制输入部之间。所述积分通道可以被用于确定正确的补偿电流。所述积分通道的输出可以被提供到数模转换器，所述数模转换器之后例如控制所述第四电流源。
在本发明的另外的优选实施例中，所述补偿单元包括基线恢复器电路和极化确定单元。所述极化确定单元适于根据来自所述基线恢复器电路的基线恢复器电流来确定所述传感器内的极化的程度。因此，该优选方面的想法是探测或者监测BLR反馈信号，以便使用该信号来确定针对所述探测器的每个读出撞击光子的所述传感器内的极化的等级。
在本发明的另外的优选实施例中，所述极化确定单元还包括积分器电路，其中，所述积分器电路适于对来自所述基线恢复器电路的基线恢复器电流进行积分，并且适于将所述基线恢复器电流提供到所述整形元件的所述输入部。使用积分器的一个原因在于，所积分的信号是在读出期间的BLR信号的均值或平均。例如，在读出时段期间的BLR信号的均值表示要被监测的良好的值。另一候选是在读出时段期间的BLR信号的中值。
在本发明的另外的优选实施例中，所述补偿单元包括基线恢复器电路和限制器电路。所述限制器电路被耦合在所述整形元件的输出部与所述基线恢复器电路的输入部之间。所述限制器电路优选滤除将仅导致基线偏移伪影的不想要的信号，并且随后忽略任何不想要的正幅度事件，从而防止所述基线恢复器电路中的峰探测器错误地估计基线水平。另外的优选实施方式能够处置负幅度。因此，一般而言，一种想法是忽略相比于对传感器瞬态响应做出反应的期望的整形器信号(其没有其他伪迹)具有相反极性的任意信号。
在本发明的另外的优选实施例中，所述限制器电路适于在所述电脉冲高于预定阈值时阻挡将所述电脉冲提供到所述基线恢复器电路。根据该优选方面，所述限制器电路修剪高于基线的整形元件的信号的任何漂移，所述任何漂移例如是由来自邻近像素的感生的脉冲或者由整形器过冲导致的。
在本发明的第二方面中，提供了一种用于在第一时间段期间由探测设备来探测由辐射源发射的光子的探测方法，所述探测方法包括：提供传感器，所述传感器包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴；提供针对所述传感器的光电导增益；将由光子生成的电荷脉冲转换为电脉冲；在至少第二时间段期间提供来自所述传感器的电流，其中，所述第二时间段比所述第一时间段短；并且基于来自所述传感器的电流并且基于针对所述传感器的光电导增益来提供补偿信号。所描述的探测方法补偿由于关于直接转换探测器的固有误差(诸如，持续电流或者过冲)的伪影。例如通过如下操作来减少伪影：通过根据所测量的总像素电流和光电导增益来确定补偿电流；通过探测或监测基线恢复器反馈信号以确定针对探测器的每个读出的传感器内的极化的程度；或者通过包括在基线恢复器电路的输入部处的电路，所述电路确保高于基线水平的任何信号被忽略。
在本发明的另外的优选实施例中，提供补偿信号包括根据基线恢复器电流来确定所述传感器内的极化的程度。该优选方面的想法是探测或者监测BLR反馈信号，以便使用该信号来确定针对探测器的每个读出撞击光子的传感器内的极化的等级。
在本发明的另外的优选实施例中，提供补偿信号包括：将所述电脉冲提供到限制器电路；并且如果所述限制器电路确定所述电脉冲低于预定阈值，则将所述电脉冲提供到基线恢复器电路。所述限制器电路优选滤除将仅导致基线偏移伪影的不想要的信号，并且随后忽略任何不想要的正幅度事件，从而防止所述基线恢复器电路中的峰探测器错误地估计基线水平。
在本发明的又一方面中，提供了一种用于探测由辐射源发射的光子的探测设备。所述探测设备包括：传感器，其包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴；整形元件，其适于将由光子生成的电荷脉冲转换为电脉冲；以及补偿单元，其被耦合在所述整形元件的输出部与所述整形元件的输入部之间。所述补偿单元适于基于电脉冲来提供补偿信号。所述补偿单元包括基线恢复器电路和极化确定单元，其中，所述极化确定单元适于根据来自所述基线恢复器电路的基线恢复器电流来确定所述传感器内的极化的程度。
在实施例中，所述极化确定单元还包括积分器电路，其中，所述积分器电路适于对来自所述基线恢复器电路的基线恢复器电流进行积分，并且适于将所述基线恢复器电流提供到所述整形元件的所述输入部。
在本发明的又一方面中，提供了一种用于探测由辐射源发射的光子的探测设备。所述探测设备包括：传感器，其包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴；整形元件，其适于将由光子生成的电荷脉冲转换为电脉冲；以及补偿单元，其被耦合在所述整形元件的输出部与所述整形元件的输入部之间。所述补偿单元适于基于电脉冲来提供补偿信号。所述补偿单元包括基线恢复器电路和限制器电路。所述限制器电路被耦合在所述整形元件的所述输出部与所述基线恢复器电路的输入部之间。
在实施例中，所述限制器电路适于在所述电脉冲高于预定阈值时阻挡将所述电脉冲提供到所述基线恢复器电路。
应当理解，根据权利要求1的探测设备和根据权利要求13的探测方法具有如在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
还应当理解，本发明的优选实施例还能够是从属权利要求或者以上实施例与各自的独立权利要求的任意组合。
本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文描述的实施例得以阐述。
附图说明
在附图中：
图1示意性且示范性地示出了投影数据生成系统的实施例，
图2示意性且示范性地示出了用于探测由辐射源发射的光子的探测设备的实施例，
图3示意性且示范性地示出了用于同时对X射线信号进行计数和积分的电路的实施例，
图4示意性且示范性地示出了减去基于已知光电导增益根据总测量的电流估计的持续电流的电路的实施例，
图5示意性且示范性地示出了包括基线恢复器电路的电路的实施例，能够在正常操作前利用所述电路来测量光电导增益，
图6示意性且示范性地示出了用于监测基线恢复器反馈信号以确定传感器内的极化的程度的电路的实施例，
图7示意性且示范性地示出了具有基线恢复器电路的典型前端通道的范例，
图8示意性且示范性地示出了中心像素中的脉冲可以如何通过感生引起邻近像素中的双极性信号，
图9示意性且示范性地示出了具有基线恢复器电路和电压限制器以忽略整形器电路的正漂移的前端通道的实施例，并且
图10示意性且示范性地示出了根据本发明的探测方法的实施例。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了用于生成对象的投影数据的投影数据生成系统20的实施例。在该实施方案中，投影数据生成系统是计算机断层摄影系统。计算机断层摄影系统20包括机架1，即转子，所述机架能够相对于定子(在图1中未示出)绕旋转轴R旋转，所述旋转轴平行于z方向延伸。在该实施例中，辐射源2是被安装在机架1上的X射线管。辐射源2被提供有准直器3，在该实施例中，所述准直器根据由辐射源2生成的辐射来形成锥形辐射射束4。所述辐射穿过在检查区5中的对象(未示出)，诸如患者。在已经穿过检查区5之后，辐射射束4入射到被安装在机架1上的探测器6上。
探测器6适于根据所探测到的辐射生成探测信号，并且根据所生成的探测信号生成投影数据，即探测值。当探测辐射时，机架1围绕检查区5旋转，使得能够在不同采集方向上采集投影数据。
图2示意性且示范性地示出了用于探测由辐射源2(如例如参考图1示出的)发射的光子的探测设备6的实施例。在该实施例中是光子计数探测设备的探测设备6包括多个像素，每个像素包括辐射敏感传感器14。像素的辐射敏感传感器14探测由辐射源2发射的光子，并且生成针对每个探测到的光子的对应的电信号，诸如电流或电压信号。合适的传感器类型的范例包括诸如基于碲锌镉(CZT)的传感器的直接转换传感器，以及基于闪烁体的传感器，所述基于闪烁体的传感器包括与光传感器光学通信的闪烁体。由辐射敏感传感器14生成的电子信号，在该实施例中，电流信号I传感器，被传递到整形元件20，所述整形元件包括像素的前置放大单元CSA(诸如，例如，电荷敏感放大器)，所述前置放大单元CSA将由光子生成的电荷脉冲转换为电信号。在该实施例中，辐射敏感传感器14具有等价像素电容15。在其它实施例中，能够使用DC耦合，从而得到被传递到前置放大单元CSA的电流I传感器的DC和AC部分两者。在该实施例中，前置放大单元CSA(诸如，例如，电荷敏感放大器)被实施为运算放大器CSA。在该实施例中，整形元件20还包括整形器SHA。由前置放大单元CSA生成的电信号被传递到整形器SHA。整形器SHA将电信号转换为电脉冲。在该实施例中，整形器SHA包括运算放大器。在另一优选实施例中，整形器SHA包括CR-RC滤波器网络。
由整形元件20生成的电脉冲被传递到像素的能量确定单元30，所述能量确定单元确定所探测到的光子的能量。在该实施例中，能量确定单元30被实施为能量辨别器，其通过将探测脉冲信号的幅度与一个或多个能量阈值X1、X2、…、XN进行比较来对所述探测脉冲信号进行能量辨别。出于这种目的，在该实施例中，能量确定单元30可以包括一个或多个比较器。一个或多个比较器中的每个比较器执行由整形元件20生成的电脉冲与各自的能量阈值X1、X2、…、XN的比较。如果探测脉冲信号超过各自的能量阈值X1、X2、…、XN，则对应的计数器C1、C2、…、CN递增，并且在帧周期的结束，对应于每个各自的能量区间的计数的数量经由读出线31从计数器C1、C2、…、CN被读出。
在下文中，提出了用于通过如下操作来减小由于关于直接转换探测器的固有误差的伪影的技术：
-根据所测量的总像素电流和光电导增益来确定补偿电流；
-探测或者监测基线恢复器反馈信号，以确定针对探测器的每个读出的传感器之内的极化的等级；和/或
-包括在基线恢复器电路的输入部处的电路，所述电路确保了高于基线水平的任何信号被忽略。
根据第一实施例，将在本文下面进行描述的是，提出了从所测量到的总像素电流和所确定的光电导增益(从测量结果获知的)来导出补偿电流，所述补偿电流然后由电流源来提供。
具有不完全阻挡接触的光电导体呈现光电导增益PCG，即，其导致当被辐照时的所测量的电流比当仅由撞击光子(光学或者X射线或者其他类型的)生成的电子空穴对被考虑时的电流更加高的多，其电流被称为光电流I光。
这也应用于当前作为用于X射线探测器的转换材料而被研究的直接转换半导体，诸如碲化镉(CdTe)和碲锌镉(CZT)，以对针对人类计算机断层摄影(CT)成像的个体X射线光子进行计数。应当注意，针对空穴和电子具有不同渡越时间的任何直接转换材料将以特定的通量被极化，因为具有较长渡越时间的电荷将在材料中被积聚并引起极化。因此本发明也可应用于例如GaAs。
针对CdTe和CZT中的光电导增益的原因主要归因于空穴陷阱的存在，以及如下事实：空穴的流动性比电子的流动性小十倍(factor)，其中，深陷阱比浅陷阱更加重要，参见Spieler，Semiconductor Detector Systems：当X射线光子与材料相互作用并且生成电子对云时，所施加的外部电场将电子和空穴分离，并且电子朝向阳极漂移，而空穴朝向阴极漂移。由于流动性的差异，电子更快地到达阳极。这意味着，当电子到达阳极时，通常地，所有空穴仍然在朝向阴极的渡越中。此外，由于空穴陷阱，空穴被捕获，并且相比于仅由空穴流动性和场强给出的时间，它们花费更长的时间到达阴极。结果，当电子已经到达阳极时，体块不再是电中性的，这-在非常简单的模型(例如参见Sze，NG，Physics of SemiconductorDevices，Wiley 2007，第13.2节)中-被视为在阴极侧的电子的注入(以增强电中性)的原因，如果阴极不完全阻挡电子的注入：只要存在被捕获的空穴或者在朝向阴极渡越的空穴，同时“配对”的电子已经到达阳极，则电子被从阴极注入并且由所施加的电场迫使朝向阳极移动。
因此，光电导增益PCG近似与“直到重新组合的空穴的平均寿命”和“注入的电子从阴极到阳极的渡越时间”的商成比例，并且其因此为所考虑的晶体的(或者甚至晶体内的所考虑的体积的)特征性质。只要存在被捕获的空穴，如果电荷中性被破坏，就注入电子。因此，额外的电流与平均空穴寿命成比例，并且与所注入的电子的渡越时间成反比(空穴被捕获的越长并且电子渡越时间越短，越多的电子被注入)。
除了光电流I光之外被观察的电流的部分被称为持续电流I持续。其是：
其中，PCG＝1指代根本没有电荷注入的情况，即持续电流I持续消失。
在该简单模型中，持续电流被视为与X射线通量以及其平均能量成比例，对于光电流也是这种情况。因此，在该简单模型中，光电导增益PCG并不取决于X射线通量和平均能量，而是仅仅取决于材料相关的性质(例如，深陷阱的数量或者“直到重新组合的空穴的平均寿命”)以及取决于阴极电压，所述阴极电压确定“注入的电子从阴极到阳极的渡越时间”。
如果具有不完全阻挡接触的Cd[Zn]Te被用于单光子计数探测器，则光电导增益导致尤其是对于DC耦合读出电子器件的主要问题：因为作为光电导增益的结果的持续电流是在光电流的顶部上的缓慢改变的电流，因此其引起模拟读出电子通道的输出处朝向设置能量阈值的基线偏移，使得在没有任何校正手段的情况下，光子的能量被错误地记录。应当注意，“缓慢”仅涉及比光通量更低的频率内容。其也遵循以上描述的简单模型：空穴的去陷阱由陷阱内的逗留时间来支配，所述逗留时间遵循具有特定时间常数的负指数分布。许多空穴必须被捕获以便引起可观的额外电流，随时时间常数在空穴之间不同，并且通常空穴陷阱具有相对长的去陷阱时间(即，陷阱中的逗留时间)。
如果持续电流缓慢改变，并且堆积效应被限制，则能够应用诸如常规基线恢复器(BLR)的已知方法。
公知地，如果整形器(SHA)的输出部处的脉冲频繁堆积，则感测SHA的输出部处的基线(BL)的常规BLR方法将导致显著错误的基线估计：在这种情况下，不再达到基线(BL)，因此BL被错误地估计。
已经利用具有所谓的半阻挡接触的CZT材料观察了这样的效应，其中，“半阻挡接触”允许从阴极注入一些电子-然而小于“非阻挡”接触。如果低能量光子未被滤除(例如，通过3mm厚度Cu滤波器)，尤其低能量光子的高比率导致基线(BL)如此少见地被达到：基线恢复器(BLR)电路不能够恢复基线(BL)。额外的效应可以由来自邻近像素的感生的脉冲引起，所述感生的脉冲具有双极性波形。取决于相对于真实脉冲的信号的感生的脉冲的相位，所感生的脉冲能够贡献于堆积或者减少在整形器(SHA)输出信号上可见的堆积。
因为光电导增益是直接转换材料内的特定体积的性质，因此其是由CdTe或CZT制成的直接转换X射线传感器中的每个像素的特性。因此，在第一实施例中，提出了：
-提前确定针对Cd[Zn]Te像素传感器中的每个像素的光电导增益，
-除了每个测量时段(MP)中的个体光子的数量之外，然而也在子MP区间中测量在每个像素中观察到的电流(亦即，能够应用如通过在WO2007010448A2中描述的也在图3中描绘的CIX原理所论述的模拟前端，图3同时图示了X射线信号的计数和积分)，并且
-从所测量的总像素电流I总和(已知的)光电导增益PCG导出如在下文中所描述的补偿电流，所述补偿电流然后由电流源来提供。因为补偿应当足够快，所以子MP区间被用于测量像素电流。针对所得到的反馈回路的时间常数处在与常规BLR相同的范围(ms范围)中，这是因为持续电流I持续被认为缓慢改变。应当注意，“缓慢”意指：相对于由脉冲串引起的电流波动缓慢，例如，仅包含低于1kHz的频率。
该方法也可以允许处置不同于所描述的简单模型的材料性能，即，持续电流以非线性方式取决于平均X射线能量，而信号电流线性地取决于平均X射线能量。如果证明的确如此，则能够测量针对在不同平均能量光电流条件下的入射X射线通量的不同平均能量E平均的光电导增益，并且因此设置查找表PCG＝f(E平均)来将PCG描述作为E平均的函数f。平均能量E平均可从计数和积分通道中的两个测量结果容易地得到。在这一方面，应当注意，在图3中，上面的行对应于计数通道，而下面的行对应于积分通道。因此，针对每个子MP，能够测量平均能量E平均以确定针对下一子MP的光电导增益PCG。
图3示出了如由在WO2007010448A2中描述的CIX原理所论述的模拟前端中的部件的电路架构。由传感器生成的电信号被应用到输入前置放大器Cf。输入前置放大器Cf将传感器信号转换为不同的信号(例如，电压信号)。其可以是电荷敏感放大器(CSA)，亦即，通常为包括泄漏电阻器的集成电路。针对前置放大器Cf的输入部处的每个短暂电荷脉冲，在输出部处产生指数下降的电压，在该指数曲线下的表面积与脉冲内的电荷成比例。
为了具有多阈值计数功能，多个辨别器X1至XN被连接到前置放大器Cf的输出部。辨别器中的每个可以包括信号整形放大器和具有可调节阈值的比较器，并且生成针对来自传感器的大于预定量的电荷的每个电荷脉冲的数字输出信号(计数脉冲)。
最低阈值(其可以由辨别器X1来实施)辨别由具有最小能量的光子生成的计数与由噪声(例如，电子噪声)生成的计数。较高阈值能够用于K边缘成像。例如，针对两个辨别器，辨别器X2可以表示对应于由前置放大器Cf响应于传感器信号而生成的脉冲尺寸的阈值，所述传感器信号由高于一能量(K边缘能量)的光子生成，在所述能量处发现所使用的对比介质的K边缘。
为了确定具有低于K边缘能量的能量的光子，计算在事件计数器C2与事件计数器C1的值之间的差异，同时由事件计数器C2的值给出具有高于K边缘能量的能量的光子。计数器C1至CN可以是具有n位(bit)的计数深度的电子数字计数器。线性反馈偏移记录可以被用于节省空间。
积分通道I-CH接收来自前置放大器Cf的反馈回路FB的信号，并且可以是“整体信号采集电路”，其探测由积分时段期间的传感器信号指示的总电荷数量。该电路可以由具有模拟输出部和电压/频率转换器的积分器电路实现，或者其可以以一些其他方式来实现。
使用额外的积分通道I-CH而非仅仅多个不同计数通道(其将得到能量分辨脉冲计数器)可以被看到以下事实：积分在整个能量范围上进行，使得评价将不是量子限制的，同时这能够对于能量分辨脉冲计数器的分组(bin)中的一些良好出现，尤其在能量分组大小是小的情况下，即平均每能量分组仅数个光子被计数时。
电荷包计数器CPC和时间计数器TC确定针对由时间锁(latch)TL标记的测量区间期间生成的电荷的最优的估计，所述电荷与测量区间期间由X射线沉积的能量成比例。计数器C1至CN的计数和积分通道I-CH中的积分的结果被提供到数据处理单元(未示出)。数据处理单元因此能够评价计数通道以及积分通道的结果。该布置实现X射线探测器的大的动态范围，因为能够在小量子流的情况下使用计数通道的更加精确的结果，而在大量子流的情况下能够利用针对大量子流更加精确的积分器通道。
图4描绘了用于从所测量的像素电流导出补偿电流的电路的草图，即，基于已知光电导增益PCG从总测量的电流减去估计的持续电流。在该实施例中，补偿单元450包括由电流源I0、p-MOSFET M1、M2和电流源I1、I2以及它们的互连形成的差分对。
电流源I＝f(I总,PCG,I暗)实施正确的转换因子以从给出已知光电导增益PCG的所测量的总电流来获得持续电流。根据方程式(1)，其中，I总＝I光+I持续，简单代数提供：
为了简洁，假设传感器不提供任何暗电流，即I暗＝0。然而，总是存在一些暗电流。暗电流的存在带来额外的噪声，所述额外的噪声不能够被补偿。因此，由相对于光电流的该噪声确定暗电流的可允许量。这也是为何PCG应当为低的，因为持续电流也具有噪声分量。针对CT应用，应当可接受很少nA/mm2。在没有来自传感器10的任何其他电流的情况下，M1和M2看到相同的漏极电流I0/2，所述漏极电流由两个电流源I1和I2增强。在这种情况下，还有V输出＝V计数参考(CF携带Q0＝CF(V输出-V计数参考)的初始电荷)，并且跨CF的电压等于V输出-V参考。积分通道“I-通道”I-CH将测量为零的平均电流。因此，数模转换器DAC将输出零，使得电流源I＝f(I总,PCG,I暗)将不漏出任何电流，即IR＝0(注意，IR中的“R”指的是图4中的右支路中的电流)。
一旦传感器生成电流(表示伴有持续电流的由于转换的X射线光子的光电流I光的脉冲串)，光电流就将也流入左支路电流IL(注意，IL中的“L”指的是图4中的左支路中的电流)中，并且由I-通道I-CH来测量。(电荷CF引起的任何正电荷脉冲导致V输出变得V计数参考更小，即，M1的栅极电压与平衡相比减小，使得M1漏极电流增加，导致IL增加；与此同时，M2漏极电流减小相同量，使得电流必须流入到节点B中；该过程仅当CF再次被重新充电到初始电荷Q0时结束。在IL中提供的电荷精确地匹配将CF重新充电到初始电荷Q0所需的电荷。)因此，DAC将产生非零输出，其将电流源I＝f(I总,PCG,I暗)配置到精确地漏出持续电流(假设已知正确的光电导增益PCG)，使得差分放大器的输入节点仅看到光电流I光。出于这种原因，如果I暗＝0，则根据方程式(2)：
注意，由于差分对的性质，由传感器生成的任何DC电流将由差分对的右支路漏出：V输出将改变到这样的值，即，使得M1的漏极电流呈现一值，使得M2的漏极电流允许容纳来自传感器的该DC电流：假设传感器生成流入到节点B中的正DC电流I传感器，a，通过M2的电流将减小I传感器，a，这仅能够在M1的栅极电压(并且因此V输出)改变使得通过M1的漏极电流增加I传感器，a时出现。因此，该剩余电流必须离开节点A，即，IL＝I传感器,a，因为电流源I1增强差分对的左支路的底部中的电流I0/2。因此，在没有X射线辐照的情况下，暗电流也将在I-通道的输入部处可见。因此，通过使用电流源I＝f(I总,PCG,I暗)，能够完全补偿暗电流。I-通道I-CH测量电流总和IL+IR，即是否仅有暗电流存在。I-通道的输出将正确地确定暗电流，不论其哪一部分在差分对的左支路或右支路中可见。因此，如果具有暗电流存在的V输出等于没有暗电流存在的V输出(如果没有晶体管错配或者运算放大器的偏离，则这在两者情况下意味着V输入＝V计数参考)，则暗电流被完全补偿。
尽管此处需要I-通道来确定正确补偿电流，但I-通道的测量结果I其他能够被用于其他目的，例如，实施WO2007010448A2的CIX想法。出于这种目的，需要获知光电流，其在PCG已知的情况下也能够从所测量的总电流来确定：
I光＝I总/PCG。
该方程式可以从关系I总＝I光+I持续导出并且从如下方程式(2)导出：
在下文中，描述了使用常规基线恢复器电路BLR来测量光电导增益(PCG)。
必须针对每个像素个体地获知光电导增益(PCG)。因此，最好的选择是测量每像素的光电导增益PCG。这能够通过如下操作来完成：在低通量下使用常规基线恢复器电路BLR(即，BLR在没有问题的情况下工作)，并且测量BLR提供的补偿电流I补偿。该电流对应于持续电流I持续。此外，光电流I光必须被测量，同时BLR被开启。根据所测量的I补偿和所测量的I光，能够根据方程式(1)来计算PCG，
其中，I补偿对应于持续电流。
图5示出了包括基线恢复器电路BLR的电路的范例，利用所述基线恢复器电路能够在正常操作之前测量光电导增益PCG。电路添加常规BLR和小开关网络，其允许将电路配置为两种模式(a)和(b)：
(a)测量光电导增益PCG：开关S1L和S1R被闭合，使得能够使用BLR；开关S2处位置S2c中以测量电流I补偿(经由电流镜CM)，其中，S3将左支路连接到接地端GND(经由电压源来保持节点A的正确电位)，并且开关S2在位置S2b中以测量I光，同时S3将左支路连接到I-通道I-CH。
(b)正常操作：开关S1L和S1R被打开，即BLR被断开连接，并且S2在位置S2a中。S3将差分对的左支路连接到I-通道。仅在该模式中，数模转换器DAC是操作的，并且控制电流源I＝f(I总,PCG,I暗)。
在下文中，呈现了与其他方法的比较。通过使用双极性整形波形和输入节点的AC耦合，能够相当容易地补偿任何缓慢改变的背景电流。然而，缺点在于，双极性波形的脉冲持续时间通常比单极性脉冲的脉冲持续时间长，并且双极性脉冲的叠加导致相当不可预测的波形。此外，AC耦合电容器必须是大的，以便避免高频率信号分量的抑制。这样的电容器需要CMOS ASIC中的大的区，并且是每像素需要的。
根据本文以下描述的第二实施例，提出了探测或者监测BLR反馈信号，以便使用这来确定针对探测器的每个读出撞击光子的在传感器内的极化的等级。
半导体X射线传感器材料(例如，CZT或者CdTe)中的极化的效应使探测器的谱性能退化，因为像素化的阴极处的所收集的电荷随着极化的增加的量而减小。Bale和Szeles在Phys.Rev.B 77,035205(2008)上的Nature of polarization in wide-bandgapsemiconductor detectors under high-flux irradiation:Application to semi-insulating Cd1-xZnxTe的图4(b)图示了在四个增加的通量速率(管电流)处的所测量的谱的得到的偏移。描绘了作为管电流的函数的所探测的脉冲高度谱的失真。随着增加的通量或者管电流，谱收缩。
因此，传感器材料内部的X射线事件的所探测的脉冲高度在存在极化的情况下与在极化不存在的情况下相似。Bale和Szeles在J.Appl.Phys.107,1145120(2010)上的Electron transport and charge induction in cadmium zinc telluride detectorswith space charge build up under intense x-ray irradiation的图1图示了与针对增加的通量的得到的高阶经整形的信号输出一起的模拟的预放大的信号感生。随着增加量的极化，在整形器之后的X射线事件的脉冲高度减小。脉冲形状也被更改。
极化由唤醒所施加的电场的传感器内部的捕获的或者积累的电荷引起，所述电荷使电荷传输性质退化。另外，甚至在当使用阻挡接触的情况下，产生与传感器中的额外的电荷的量成比例的增加的偏置或者暗电流。能够通过使用所谓的基线恢复器(BLR)电路(参见图6)来补偿该动态电流。
提出了探测或者监测BLR反馈信号以便使用这来确定针对探测器的每个读出(IP)的在传感器内的极化的等级。
该信息能够被用于质量问题或者对所探测的计数的校正。最后提及的能够在测量之后或者在测量期间通过对与BLR输出信号成比例的阈值进行偏移来执行。
取决于实施方式，也可以由高通量状况处的堆积来影响BLR。为此，针对所考虑的电子器件的堆积模型能够被用于区分从BLR输出积分的电流的多少对应于极化，以及多少对应于由于高堆积状况的偏移。应当注意，为了建立堆积模型，必须要理解所实施的BLR电路如何反应，更具体而言，当包括具有相同幅度A的脉冲和特定量的堆积(进入通量率)的信号被馈入时输出电压的值如何改变。BLR输出电压对输入计数率和对脉冲幅度的依赖性能够由Spice模拟来导出，或者在使用由任意波形生成器生成的信号作为针对BLR的输入的实验中导出。在真实采集中，分组中的事件的所计数的数量能够被用于估计ICR。能够通过主射束中的光子的平均能量来估计幅度A。
甚至在低X射线通量但长辐照时间处，传感器被极化。这是其中正确阈值位置应当被确定的探测器的能量校准期间的情况。极化使校准失真。如果针对每个像素和积分时段(IP)的BLR信号可用，则能够发现针对校准的适当设置，并且能够评估校准的准确性。能量校准是光子计数探测器的校准中的关键步骤。
能够评估和校准极化对光子计数探测器的计数结果的影响，以便校正针对在测量期间或者测量之后的每个积分时段(IP)(或者读出时段或CT中的视图)的计数。这将改进探测器的谱性能。
需要针对每个IP对BLR输出信号进行积分。需要添加用于对信号进行传输和存储的积分器(参见图6)和额外的部件。如果阈值位置适于极化的当前量，则需要实施适当的电路。使用积分器的一个原因在于，所积分的信号是读出期间的BLR信号的平均或者均值。例如，读出时段期间的BLR信号的平均表示要被监测的良好值。另一候选是读出时段期间的BLR的中值。
根据本文下面描述的第三实施例，提出了包括在基线恢复器电路的输入部处的电路，其确保高于基线水平的任何信号被忽略。
在谱计算机断层摄影(CT)应用中对碲锌镉(CZT)的使用需要为了补偿动态背景电流分量的机制，所述动态背景电流分量即泄漏电流(即，暗电流)以及由光电导增益PCG＞1引起的持续电流。为此，针对DC耦合的读出方案，基线恢复器电路(BLR)被引入以探测整形元件的输出部处的基线(BL)水平的偏移，并且注入/拉入电流以校正前述偏移。
基线恢复器电路通常通过使用如下部件来实施：峰探测器，其感测基线；低通滤波器(例如，积分器)，其用于限制对低频BL偏移的补偿；以及(一个或多个)跨导体，其负责在输入节点(或者整形器输入部，取决于实施方式)处注入或者吸收补偿电流。然而，BLR电路内的峰探测器对尤其是高于BL(在其中整形器输出信号是低于该BL的脉冲的实施方式中)的在预期背景电流的相对方向上的整形器输出水平的漂移非常敏感。亦即，高于BL水平的信号将由峰探测器进行感测，为如同其是新的BL水平，从而在最坏的情况下导致等于完全信号漂移的校正，所述完全信号漂移高于BL水平。高于BL水平的这样的漂移能够主要由两个非理想伪影导致；亦即，来自邻近像素的感生的脉冲(其具有在BL水平周围的双极性形状)以及整形器过冲(高于BL水平的小半波)。
提出了一种忽略任何这样的正幅度事件，从而防止峰探测器错误地估计BL水平的方法。
在基线恢复电路的输入节点处引入电路元件以滤除将仅导致基线偏移伪影的不想要的信号。
在图7中示出了具有基线恢复器的一般光子计数通道。假设整形元件20的输出生成针对规律进入光子的负脉冲，高于参考水平(或者基线BL)的整形器信号的任何漂移可以令基线恢复器电路BLR来对整形元件20的输出进行偏移。因此，能量确定单元30将不测量正确的光子能量。
图8示出了能够导致不想要的基线偏移的情况。撞击到所考虑的像素传感器元件810a上的X射线光子将在被连接到该像素的整形器的输出处生成负脉冲。然而，邻近像素810b也可以探测由来自在所考虑的像素810a中移动的电荷云的感生所引起的信号。所感生的电荷将令被连接到邻近像素810b的整形元件(未示出)产生双极性信号(由箭头815指示的)。基线恢复电路BLR内的峰探测器将感测正峰并且引起基线恢复电路BLR从输入部拉入电流，从而导致整形元件20的输出信号被移动低于BL，这是非预期的。由整形元件20的参考电压来定义BL水平(如果运算放大器被用在整形元件20中，则可以导致额外的偏离)。结果，定义了新的基线(BL)，其低于真实基线(BL)，因此当将整形器输出脉冲与固定阈值进行比较时，引起能量估计中的误差。(应当注意，该解释假设整形元件20包括电荷敏感放大器CSA和整形器SHA。所提及的极性取决于电路拓扑结构。)
感生电流并非仅是能够导致不期望的基线偏移的伪影。如果整形元件20被不适当地调谐，则其将呈现过冲，所述过冲也将被基线恢复器电路BLR感测到，并产生低于真实基线BL的整形器信号的不想要的偏移。
在该实施例中，提出了包括在基线恢复器电路的输入部处的电路，其确保高于基线水平的任何信号被忽略。扰动本身在整形器的输入部处将是不受影响，但是基线恢复器电路BLR将简单地不对这样的非理想因子进行反应。
图9示出了将电压限制器950添加到基线恢复器电路BLR的输入部以忽略整形器信号的正漂移的实施例的方框图。限制器950的目的是修剪高于基线BL的整形元件20的信号的任何漂移，即，峰探测器向来能够感测的最大信号是基线水平BL本身。存在对实施限制器950的各种选项，包括放大器限制器级或者在联合增益缓冲器的输出级的力修剪，或者针对基线和整形器输出的差异信号的整流器，其抑制正半波。
参考图9描述的实施例不限于在说明书中提及的极性，而是能够适于其他前端布局(包括空穴收集、单级前端，等)。
图10示意性且示范性地示出了用于由探测设备6来探测由辐射源2发射的光子的探测方法1000的实施例。探测方法1000包括以下步骤1010、1020以及1030：
-提供(步骤1010)传感器10，其包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴，
-将由光子生成的电荷脉冲转换(步骤1020)为电脉冲，并且
-基于所述电脉冲来提供(步骤1030)补偿信号。
如还能够从图10看到的，提供(1030)补偿信号可以包括：测量(步骤1041)传感器10的总传感器电流；测量(步骤1042)光电导增益；并且根据所测量的总传感器电流和光电导增益来确定(步骤1043)补偿电流。
如还能够从图10看到的，提供(1030)补偿信号备选地和/或额外地可以包括根据基线恢复器电流IBLR来确定(步骤1051)传感器10内的极化的程度。
如还能够从图10看到的，提供(1030)补偿信号备选地和/或额外地可以包括：将电脉冲提供(步骤1061)到限制器电路950；评估(步骤1062)电脉冲是否低于预定阈值；并且如果限制器电路950确定电脉冲低于预定阈值，则将电脉冲提供(步骤1063)到基线恢复器电路BLR。
本发明的范例应用是谱计算机断层摄影应用，但是也可应用于其他应用中的类似功能的电路。另外的范例应用是用于谱计算机断层摄影和谱乳腺摄影的光子计数探测器。另外的范例应用涉及基于直接转换探测器的所有种类的光子计数辐射探测器，例如在医学成像系统中，在用于科学目的的仪器中或者在国土安全中。
尽管阴极接触是对CZT相关的，但是对于不同类型的直接转换材料，阳极接触可以是相关的。此外，应当注意，具有针对空穴和电子的不同渡越时间的任何直接转换材料将在特定通量处被极化，因为具有较长渡越时间的电荷将在材料中积累并且导致极化。因此，本发明也可应用于例如GaAs。
通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以履行权利要求书中所记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
由一个或若干单元或设备执行的确定，诸如测量传感器的总传感器电流，测量光电导增益，根据所测量的总传感器电流和光电导增益来确定补偿电流，根据基线恢复器电流来确定传感器内的极化的程度等，能够由其他数量的单元或设备来执行。例如，根据所测量的总传感器电流和光电导增益对补偿电流的确定能够由单个单元或者由任何其他数量的不同单元来执行。根据上面描述的探测方法的确定和/或对探测设备的控制能够被实施为计算机程序的代码单元和/或为专用硬件。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。
本发明涉及用于探测由辐射源发射的光子的探测设备。所述探测设备被配置为在第一时间段期间探测光子。所述探测设备包括：具有用于将光子转换为电子和空穴的中间直接转换材料的传感器、整形元件以及补偿单元。所述补偿单元适于基于电脉冲并且基于所述传感器的光电导增益来提供补偿信号。本发明的核心是提供电路以通过如下操作来确定针对在谱计算机断层摄影中的直接转换探测器的固有误差的伪影：确定补偿电流；探测或者监测基线恢复器反馈信号；或者忽略高于基线水平的信号。
Claims (15)
1.一种用于探测由辐射源(2)发射的光子的探测设备(6)，其中，所述探测设备(6)被配置为在第一时间段期间探测所述光子，所述探测设备(6)包括：
-传感器(10)，其包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴，
-整形元件(20)，其适于将由光子生成的电荷脉冲转换为电脉冲，以及
-补偿单元(450)，其被耦合在所述整形元件(20)的输出部与所述整形元件(20)的输入部之间，
其中，所述补偿单元(450)包括光电导增益提供单元，其中，所述光电导增益提供单元被配置为提供针对所述传感器(10)的光电导增益，
其中，所述补偿单元(450)还包括第二时间段电流提供单元，其中，所述第二时间段电流提供单元被配置为在至少第二时间段期间提供来自所述传感器(10)的电流，其中，所述第二时间段比所述第一时间段短，
其中，所述补偿单元(450)适于将补偿信号提供到所述整形元件(20)，
其中，所述补偿信号基于来自所述传感器(10)的所述电流并且基于针对所述传感器(10)的所述光电导增益。
2.根据权利要求1所述的探测设备(6)，
其中，所述第二时间段在所述第一时间段之内；
并且
其中，由所述第二时间段电流提供单元提供的来自所述传感器(10)的所述电流对应于在所述第二时间段期间测量的来自所述传感器(10)的像素电流。
3.根据权利要求1所述的探测设备(6)，
其中，所述补偿单元(450)包括：第一电流源(I0)、第二电流源(I1)和第三电流源(I2)，以及第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)；并且
其中，所述第一晶体管(M1)的源极和所述第二晶体管(M2)的源极被耦合到所述第一电流源(I0)。
4.根据权利要求3所述的探测设备(6)，
其中，所述第一晶体管(M1)的漏极被耦合到所述第二电流源(I1)；
其中，所述第二晶体管(M2)的漏极被耦合到所述第三电流源(I2)；
其中，所述电脉冲被提供到所述第一晶体管(M1)的栅极；
其中，参考电压(V计数参考)被提供到所述第二晶体管(M2)的栅极；并且
其中，所述第二晶体管(M2)的所述漏极被耦合到所述整形元件(20)的所述输入部。
5.根据权利要求1所述的探测设备(6)，
其中，所述补偿单元(450)还包括基线恢复器电路(BLR)。
6.根据权利要求3所述的探测设备(6)，其中，所述探测设备(6)还包括：
-基线恢复器电路(BLR)；
-开关网络，其包括第一开关(S1L)、第二开关(S1R)、第三开关(S2)以及第四开关(S3)，其中，所述基线恢复器电路(BLR)被耦合在所述第一开关(S1L)与所述第二开关(S1R)之间；以及
-电流镜(CM)；
其中，所述探测设备(6)能操作在第一模式和第二模式中；
其中，在所述第一模式中，所述第一开关(S1L)和所述第二开关(S1R)被闭合，使得所述基线恢复器电路(BLR)是能操作的，所述第三开关(S2)将所述第二晶体管(M2)的漏极耦合到所述电流镜(CM)，并且所述第四开关(S3)将所述第一晶体管(M1)的漏极耦合到接地端；并且
其中，在所述第二模式中，所述第一开关(S1L)和所述第二开关(S1R)被打开，使得所述基线恢复器电路(BLR)被断开连接，并且所述第三开关(S2)将所述第二晶体管(M2)的所述漏极耦合到所述第一晶体管(M1)的所述漏极。
7.根据权利要求3所述的探测设备(6)，
其中，所述探测设备(6)还包括第四电流源(I)，其中，所述第四电流源(I)被耦合在所述第二晶体管(M2)的漏极与所述第一晶体管(M1)的漏极之间。
8.根据权利要求7所述的探测设备(6)，
其中，所述探测设备(6)还包括数模转换器(DAC)和积分通道(I-CH)，其中，所述数模转换器(DAC)被耦合在所述积分通道(I-CH)的输出部与所述第四电流源(I)的控制输入部之间。
9.根据权利要求1所述的探测设备(6)，
其中，所述补偿单元包括基线恢复器电路(BLR)和极化确定单元(INT)，其中，所述极化确定单元(INT)适于根据来自所述基线恢复器电路(BLR)的基线恢复器电流(IBLR)来确定所述传感器(10)之内的极化的程度。
10.根据权利要求9所述的探测设备(6)，
其中，所述极化确定单元(INT)还包括积分器电路(INT)，其中，所述积分器电路适于对来自所述基线恢复器电路(BLR)的基线恢复器电流(IBLR)进行积分，并且适于将所述基线恢复器电流(IBLR)提供到所述整形元件(20)的所述输入部。
11.根据权利要求1所述的探测设备(6)，
其中，所述补偿单元包括基线恢复器电路(BLR)和限制器电路(950)，其中，所述限制器电路(950)被耦合在所述整形元件(20)的所述输出部与所述基线恢复器电路(BLR)的所述输入部之间。
12.根据权利要求11所述的探测设备(6)，
其中，所述限制器电路(950)适于在所述电脉冲高于预定阈值时阻挡将所述电脉冲提供到所述基线恢复器电路(BLR)。
13.一种用于在第一时间段期间由探测设备(6)来探测由辐射源(2)发射的光子的探测方法(1000)，所述探测方法包括：
-提供(1010)传感器(10)，所述传感器包括阳极、阴极以及中间直接转换材料，所述中间直接转换材料用于将光子转换为电子和空穴，
-提供(1042)针对所述传感器(10)的光电导增益，
-将由光子生成的电荷脉冲转换(1020)为电脉冲，
-在至少第二时间段期间提供(1041)来自所述传感器(10)的电流，其中，所述第二时间段比所述第一时间段短，并且
-基于来自所述传感器(10)的所述电流并且基于针对所述传感器(10)的所述光电导增益来提供(1043)补偿信号。
14.根据权利要求13所述的探测方法(1000)，其中，提供(1030)补偿信号包括根据基线恢复器电流(IBLR)来确定(1051)所述传感器(10)之内的极化的程度。
15.根据权利要求13所述的探测方法(1000)，其中，提供(1030)补偿信号包括：
-将所述电脉冲提供(1061)到限制器电路(950)，并且
-如果所述限制器电路(950)确定所述电脉冲低于预定阈值，则将所述电脉冲提供(1063)到基线恢复器电路(BLR)。
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