CN108700673A - 高效光子检测 - Google Patents
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Abstract
一种检测像素，其包括一种材料，该材料被选择使得其(平均)原子序数密度导致康普顿过程成为响应入射光子的主导散射机制，这导致生成具有足够数量和动能的康普顿电子以在所述材料中产生电或磁的响应。入射光子和康普顿电子在所述材料中各自具有特征行进距离，并且所述的检测像素具有至少一个尺寸，该尺寸是根据由这些特征行进距离限定的范围来选择。所述检测像素可以布置在用于成像的阵列中。
Description
优先权申请的所有主题通过引用并入本文，使得所述主题与本文一致。
发明概述
在一实施方式中，一种装置包括：检测像素，所述检测像素包括第一材料，所述第一材料响应入射光子以在所述第一材料中产生康普顿电子以及电响应或磁响应，其中所述入射光子和所述康普顿电子在所述第一材料中各自具有特征行进距离；并且其中，所述的检测像素具有至少一个尺寸(dimension)，该尺寸是根据所述入射光子的特征行进距离和所述康普顿电子的特征行进距离中的至少一个来选择。
在另一实施方式中，一种系统包括：检测像素阵列，所述检测像素阵列中的每个检测像素包括第一材料，所述第一材料响应于入射光子以在所述第一材料中产生康普顿电子以及电响应或磁响应，其中所述入射光子和所述康普顿电子各自在所述第一材料中具有特征行进距离；并且其中，所述检测像素阵列中的每个检测像素具有至少一个尺寸，该尺寸根据所述入射光子的特征行进距离和所述康普顿电子的特征行进距离中的至少一个来选择。
在另一实施方式中，x射线成像系统包括：x射线源；检测像素阵列，所述检测像素阵列中的每个检测像素包括响应于x射线以产生康普顿电子的第一材料；以及检测电路，其可操作地连接到所述检测像素阵列，并被配置成测量由康普顿电子产生的在第一材料中的变化。
在另一实施方式中，一种与检测像素对应的方法，所述检测像素包括对电磁能具有电响应或磁响应的第一材料，所述方法包括：接收对应于包括所述检测像素的检测电路的谐振的信息，其中，所述谐振由谐振频率和线宽表征；以及确定在检测电路的所述谐振频率中的变化，以确定检测像素中电磁能量的存在。
前述发明概述仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的示例说明方面、实施方式和特征之外，其他方面、实施方式和特征通过参考附图和以下详细描述将变得显而易见。
附图简要说明
图1是检测像素的示意图。
图2是PZT中康普顿电子行进距离的蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation)的示意图。
图3是具有测量电路的检测像素的示意图。
图4是二维阵列中的检测像素的示意图。
图5是三维阵列中的检测像素的示意图。
图6是包括一个或多个检测像素阵列的医学成像仪的示意图。
图7是对于各种组成，PbTixZr1-xO3的衰减距离与入射x射线光子能量的函数关系的曲线图。
图8是PZT的康普顿和光电效应截面与光子能量之比的图。
图9示出了优化的电中性PbTiO3结构。
图10是由康普顿电子产生的锥形晶格冲击波和具有网格的球形“热点”近似的示意图。
发明详述
在以下详细描述中，参考了附图，附图形成了详细说明的一部分。在附图中，除非上下文另有指示，否则类似的符号通常标识类似的组件。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不意味着是限制性的。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行其他改变。
图1示出了被配置为检测高能电磁辐射的装置的实施例，其中光子104入射在像素102上，像素102包括响应于在例如x射线和伽马射线(包括但不限于20千电子伏特(KeV)至5兆电子伏特(MeV)的范围内)的能量范围内的入射光子的材料，以产生介电常数或磁导率的变化。介电常数或磁导率的这种变化源于通过与入射光子的碰撞导致康普顿电子的产生，入射光子穿过所述材料以产生所述材料的介电性质和/或抗磁性质的可测量的变化。选择像素102的材料成分以具有适当的平均原子密度，使得康普顿过程对于感兴趣的光子能量占主导地位；这种选择可能取决于具体的应用。这种散射模式导致能量转移到喷射的外壳电子，并在电子穿过晶格时产生一定体积的相互作用，这将在本文中更详细地描述。所述的相互作用产生晶格的瞬时变形，这通过所述检测器材料的介电常数和/或磁导率的变化表现出来。这些在介电常数和/或磁导率中的变化是可以被电学测量和/或光学地测量，以允许检测上述能量范围内的入射光子。该测量是通过所述检测器元件与适当电路的适当电子和/或光学连接来实现的，并且本文将进一步描述检测方法。
在一些实施例中，像素102的材料包括铁电材料，压电材料或多铁性材料。这些材料可具有电子和磁透性值，其在暴露于感兴趣的能量范围内的入射光子时发生变化。铁电材料的实例包括但不限于铅，铋，钡，锆及其合金的钛酸盐(原型(prototype)为锆钛酸铅，即PZT)，其适用于较高能量范围的光子。既表现出铁电性又表现压电性的材料的例子是非线性光学材料，例如铌酸锂，其适合于光子的较低能量范围，并且其中检测可以通过光学方法。多铁性材料的实例包括钙钛矿，例如亚锰酸铋(bismuth manganite)，铁酸铋，以及相关族的过渡金属和稀土亚锰酸盐和铁酸盐。其他所述多铁性材料包括非钙钛矿和非氧化物化合物，例如尖晶石化合物。
在一个示例性实施例中，像素102包括铁电材料，并且根据以下考虑因素选择像素102的尺寸和材料。可以配置所述检测器使得相互作用的体积与单个像素的体积相当，以此产生可测量的响应。选择所述的材料使得康普顿散射过程在特定应用中使用的入射高能光子的光电散射过程中占主导地位。所述的入射光子和康普顿电子在所述材料中各自具有特征行进距离，这取决于所述入射光子的能量和所述检测器材料的平均原子密度。在所述散射过程中，入射光子在散射事件之前行进距离L1，从而产生康普顿电子。由于转移到康普顿电子的能量分数很大，因此康普顿电子108将具有高动能和显著的行进长度L2。当这些电子108穿过所述材料时，它们充分干扰晶格结构以降低固有介电(和/或磁导率)常数并产生有效的相互作用体积。证明这些概念的详细计算包含在本文所附的附录A中。计算显示在L1到L2范围内的最佳像素大小，然而像素大小的实际选择将取决于应用特定的考虑因素并且可以因该最佳像素大小的不同而不同。
在一些实施例中，例如涉及较高能量光子的应用，像素102包括具有相对大的原子序数的材料，以提供相对较高的阻止本领(stopping power)。所述的较高的原子密度导致相对较短的长度L1和L2。在计算中，对于诸如PZT之类的典型材料，L1约为10微米，L2约为2微米，限定了所述像素的尺寸范围。在诸如铌酸锂之类的另一个实例中，所述较低的原子序数将使所述材料适合于较低能量的光子，并产生较大的行进长度L1和L2，同时保持足够的比率。对于每种情况，将相应地选择所述检测器像素尺寸。
尽管图1中所示的像素102具有基本上直线的几何形状，在其他实施例中，所述像素具有不同的形状。例如，在一些实施例中所述像素可以基本上是圆柱形的。此外，图1示出了所述像素具有的长度大于横截面尺寸。在其他实施例中，所述长度小于横截面尺寸。所述像素可以具有许多不同的形状，并且可以根据不同的因素来选择像素形状，所述因素为例如包含所述像素的系统的几何形状，易于制造或其他考虑因素。
图2示出了入射光子的特征行进距离以及由散射过程产生的康普顿电子的数量和能量的蒙特卡罗模拟。对于该模拟，光子能量为100keV，像素材料为PbTixZr1-xO3(PZT)。该模拟显示光子的特征行进距离约为12微米。得到的康普顿电子具有大约20KeV的能量。在此能量下，电子将具有大约2微米的行进长度。因此，对于被配置为接收100keV光子的该材料的像素，像素102的横截面尺寸可以约在2至12微米的范围内。可以根据制造考虑因素、实验结果或其他考虑因素进一步优化所述的实际横截面尺寸。可以对其他光子能量和/或其他材料进行类似的模拟，以确定像素的最佳横截面尺寸。
图3示出了在检测电路300中配置的像素102。在该实施例中，检测电路300包括像素102(配置为电容器)和电感器302，其中由像素102形成的电感器和电容器形成谐振电路。所述的检测器可以以极化(施加的直流电压偏压)或非极化配置操作。所述的检测电路还包括配置成确定谐振电路的至少一个性质(例如谐振频率)的电路304。在该实施例中，入射在像素102上的电磁能量引起像素的介电常数的变化，从而改变其电容，并从而改变由元件304检测的谐振电路的谐振频率。所述电路的谐振频率根据像素的电容变化而变化，因此谐振的偏差将是介电常数减小的量度，并且与入射光子的强度成比例。
图3示出了配置为电容器的像素102，其中平行导电板306放置在像素的两端以形成电容器。这些导电板306的放置和尺寸是示例性实施例，并且可以根据特定实施例而变化。例如，图3示出了平行导电板306位于像素的短边上，然而在一些实施例中，导电板306可以沿像素的较长边定位。
在其他检测配置中，例如像素材料是多铁性的实施例，所述的像素可以被配置为谐振电路中的电感器，在与谐振电路中的铁电电容器相同的原理上操作。
图4示出了图1的像素102和检测电路402的阵列400，其中检测电路可以如参照图3所描述的那样配置。所述的像素阵列配置在导电接地板406上，并且每个像素配置有单独的导电板408，使得像素阵列形成电容器阵列，其中每个电容器电连接到检测电路。这里，所述阵列中的像素由间隙404隔开，其中间隙可以是空气或具有介电性质或抗磁性的另一绝缘体，与所述检测器材料相比，其不会有显著变化。图4的所述阵列是二维的，即，像素沿着两个维度被图案化，然而这仅是一个示例性实施例，并且在其他实施例中，该阵列是一维或三维的。
在一些实施例中，像素102的阵列400形成成像系统。可以根据如前所述的考虑因素来选择像素102的尺寸。每个像素可操作地连接到检测电路402，并且检测电路可以包括多通道分析器，其被配置为识别哪些像素已经接收到光子。
在一些实施例中，阵列中的像素材料不完全相同。例如，具有不同材料的像素可以结合在阵列中，其中所述材料具有它们能够检测的不同电磁能量范围，从而提供具有比像素全部相同的检测器更宽范围的检测能力的检测器。
图5示出了像素阵列500的另一个实施例，其中图5中示出的所述阵列500是三维的。为清楚起见，图5中未示出检测电路，然而，在该实施例中，每个像素102将被配置为电容器并且可操作地连接到检测电路，使得可以检测每个像素中的电磁能量的存在。这种三维布置将允许所述系统确定空间信息和与入射光子的能量有关的信息。例如，入射光子的能量可以确定光子在检测器中行进多远，这可以根据哪些检测器接收电磁能量来确定。
图6示出了布置在成像系统中的像素602的阵列，其中在一些实施例中，这种成像系统是x射线成像器。该系统还包括x射线源604，其被布置成产生可以穿过对象(subject)并被像素阵列602接收的光子。在一些实施例中，该系统是医学成像系统，例如儿科成像系统，紧急医学成像系统或其他类型的医学成像系统。在其他实施例中，该系统是安保系统，例如配置用于机场安保、乘客或物体的安保系统。在其他实施例中，该系统是用于检测具有MeV范围内的能量的伽马射线(其源自特殊核材料)的安保系统。在其他实施例中，该系统是用于跟踪诊断医学成像中使用的放射性标签的位置的医疗系统。有许多配置成像系统的方法，该系统可应用于各种不同的对象。
该系统包括如本文先前所述的检测电路(未示出)，其中检测电路可操作地连接到检测像素阵列并且配置成测量由康普顿电子产生的在第一材料的变化(再次如本文先前所述)。在一些实施例中，检测电路被配置为计算对象的层析图像(tomographic image)，即CT扫描。X射线源和检测像素阵列可以配置在可相对于对象移动的平台或其他类型的支架上，以便扫描对象。在一些实施例中，系统可以被配置为确定与入射光子相对应的一个或多个性质，例如能量和/或能量范围，和/或强度。
以下公开的是对应于本文所述的高效光子检测方法的计算。它由描述的四部分组成：1)康普顿过程的优势与光电过程相比，适当选择材料和x射线能量，2)证明在康普顿电子存在下原型晶格显著失真，3)计算指定x射线能量的电子数量和行进长度，以确定相互作用的体积(the volume of interaction)，从而确定所述检测器像素的大小，以及4)确定检测器像素的单光子灵敏度。
1.康普顿截面的计算
高能光子通过几种可能的路径与物质相互作用，这些路径由光子的能量和它们在其中行进的构成材料的原子序数决定。通常，当x射线转换成其他形式的能量时，所有这些路径的总和导出随着行进长度呈指数下降的总体强度。强度降低的长度范围通常由质量衰减参数表征。所述的PbTixZr1-xO3(PZT)化合物质量衰减根据以下计算：
其中和wi分别是组成原子的质量衰减常数和分别对应的原子量分数。从表格数据计算的由此产生的有效衰减长度如图7所示。
用于安保和医学的x射线成像具有从几十到几百keV的能量。在这个能量范围内，有两种可能的相互作用机制：康普顿散射和光电散射。康普顿散射导致喷射的外壳电子，并且很大一部分的x射线能量被转移到散射电子的动能中。相反，光电过程涉及内壳电子的散射，引起内壳电子跃迁，其中部分能量被转移到次级x射线光子。由于在物质中电子的行进长度明显短于光子，因此康普顿过程导致更大量的能量以更小的体积消散。这导致晶格结构的充分扰动，以改变其对压电或铁电材料的固有介电值(以及在多铁性材料的情况下的磁导率)。结果是大介电常数(磁导率)显著降低，由于检测器电路的电子阻抗的变化而产生可测量的电子响应。
检测器材料应具有适当的原子密度，以使康普顿过程在x射线源的工作能量下主导散射。康普顿过程在较高的x射线能量和较低的(Z)检测器密度下占主导地位。
更高能量的应用，例如计算机断层扫描和安全筛选，将使用更高(平均)的原子序数检测器材料，例如PZT，而较低能量应用将使用较低密度的材料，例如LiNbO3。康普顿截面的计算还得出单个光子在所述检测器中产生的康普顿电子的平均数，从而得到响应的幅值(电容或电感的变化)。
康普顿散射和光电效应的相对概率可以直接从相应散射截面之间的比率作为入射光子能量和检测器(Z)密度的函数来评估。对于康普顿散射(Compton scattering)，使用了成熟的Klein-Nishina公式：
其中r0＝2.817×10-15，m是经典的电子半径并且k的值确定散射是否发生在与移动电子相关的经典或相对参考系内。对于下面考虑的最高入射光子能量(150keV)，k＝0.29，因此相对论效应在这些考虑因素中不起重要作用。非相对论处理中光电效应的有效散射截面为：
其中α＝1/137是精细结构常数。在图8中，比例对于组成原子以及对于作为整体的PZT，作为入射光子能量的函数绘制图。
图8中的数据表明在PZT中的康普顿散射的相对贡献在100keV时为5.6，在150keV时为20.5，产生的康普顿散射概率分别为84％和95％。
2.证明在康普顿电子存在下大的晶格畸变
通过局部充电以及由充电引起的晶格畸变导致的介电常数修改可以通过准从头密度泛函理论(DFT)计算获得。这里给出的数值计算是在外部施加的1.0atm的各向同性压力下进行的并发单元和结构优化。该模拟系统对应于x＝1(PbTiO3)。使用具有适当选择的基函数的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)交换相关函数来实施模拟。该模拟利用高斯平面波(GPW)方法来表示CP2K模拟器内的电子波函数。计算的所述基本结构是图9中所示的能量优化的电中性结构。
正电荷：带电系统(由于离开的康普顿电子，对应于图2中的内锥，总电荷+le，或每单位电池+e/8)经历相当大的局部各向异性应变，导致下面的晶格周期性值：X:(0.55％压缩)，Y:(1.45％压缩)，Z：(0.55％压缩)。
负电荷：沿X轴观察到极端各向异性应变。得到的晶格周期为：X：(27％拉伸)，Y：(3.26％压缩)，Z：(3.26％压缩)。
应变的各向异性表明在高电荷密度下直接理论计算对介电常数的显著改变。应变值可用于基于经验的介电常数修改的定量估计。现有的实验数据或测量的PZT电压/场-应变常数可用于估计。
3.计算行进长度和相互作用的体积(volume of interaction)
随着材料内的X射线通量随着穿透距离呈指数下降，当单个光子继续在所述检测器内传播时，康普顿散射的概率随着入射光子能量的减少而迅速降低。因此，康普顿散射仅支配所选材料的早期散射阶段，最终导致光电吸收，导致光子的完全吸收。为了定量地说明上面的讨论，实施了散射过程的蒙特卡罗模拟。使用每个散射事件的Klein-Nishina描述
其中λi和λf分别是给定散射事件之前和之后的光子波长；m,Eb,和θ分别是电子的静止质量、原子结合能和光子相对于其初始方向的散射角。如上所述，在散射过程的相对早期阶段(Eb＜＜hc/λi)，前因子术语不起重要作用，这是康普顿散射占优势的地方。
蒙特卡罗模拟的随机部分由反冲康普顿电子(相对于每个散射事件之前的光子方向)的随机散射角设定。可以假设和之间的概率分布是均匀的。根据动量守恒定律，在每次散射事件
其中
结果如图2所示。模拟预测每个单光子将产生4到10个康普顿电子，能量范围为10到25keV。电子的行进长度约为10μm，建立了像素元件的典型的尺寸。
4.对单个x射线光子响应的计算
高能电子的动能最终转换为晶格振动。由电子产生的初始晶格冲击波的高度瞬态效应是令人感兴趣的，因为它有助于破坏所述材料的局部极化性。
在晶体中经历碰撞散射的电子将产生球形晶格冲击波，有效地在所述检测器材料内沿其路径形成锥形波阵面。由于电子的速度(和能量)随时间呈指数下降，因此电子的“最终”行进距离是渐近的(asymptotic)。电子达到渐近线所需的时间计算为10ps，这是中断的有效开始时间。PZT中的音速是vs＝5000m/s，并且产生所述波阵面锥形的半径为50nm。通过几微米的行进长度，可以计算所得到的高度扰动的晶格的有效总体积。
因为波阵面的取向是球对称的，所以只要保持扰动区域的有效总体积，就可以进一步简化(图10的右图片)。使用如图10的右图片中所示的探测场(probe field)，可以直接估计对总有效器件电容(和介电常数)的影响。
假设几何形状和矩形网格如图10的右图片所示。有效体积“热点”密度是
其中N是扰动区域的总数(等于康普顿电子的数量)，A和d分别是所述检测器的横截面和高度。沿着水平(x)轴，在每个“切片”(slice)内，网格元件有效地并联连接，而“切片”是串联的。因此，在每个切片内，有效电容是
其中Δx和ΔA＝Δx2分别是每个矩形元件的元件高度和横截面积；ε1和ε2分别是块状PZT和高度扰动区域的有效介电常数。总和超过每个切片中包含的元件。使用方程(6)，方程(7)得到
从所有切片获得总有效电容
导出一个简单的表达式：
其中Ω是所有扰动区域的有效体积，Ωt是整个检测器的体积。结果成功地减少到相分离的体积混合。这里ε2＜＜ε1，因为瞬态体积畸变导致介电常数的大幅降低和方程(10)化简为
使用上述值，每个单光子将会产生或0.1％。由于所述材料的固有介电常数很高，通过基于谐振电路或其他形式的电子器件可以容易地测量该变化。
虽然本文已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里公开的各个方面和实施方式是出于说明的目的而不是限制性的，真正的范围和精神由所附权利要求指示。
Claims (68)
1.一种装置，其包括：
检测像素，其包括第一材料，所述第一材料响应入射光子以在所述第一材料中产生康普顿电子和电响应或磁响应，其中所述入射光子和所述康普顿电子各自在所述第一材料中具有特征行进距离；和
其中，所述检测像素具有至少一个尺寸，该尺寸根据所述入射光子的特征行进距离和所述康普顿电子的特征行进距离中的至少一个来选择。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料包括铁电材料，压电材料或多铁性材料。
3.权利要求1所述的装置，其中所述第一材料包括铅，铋，钡，锆及其合金的钛酸盐中的至少一种。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料包括铌酸盐和钽酸盐中的至少一种。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述第一材料包括钙钛矿，非钙钛矿和非氧化物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料响应第一能量范围内的光子以产生康普顿电子，其中所述第一能量范围基本上在20KeV到5MeV之间。
7.如权利要求1所述的装置，其中，选择所述第一材料以对X射线频带中的入射光子产生电或磁响应。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述检测像素由横截面尺寸和长度表征，并且其中根据所述康普顿电子的特征行进距离选择所述检测像素的横截面尺寸。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述检测像素的横截面尺寸是直径、正方形的边和矩形的边中的至少一个。
10.如权利要求8所述的装置，其中，所述检测像素的横截面尺寸在0.1到10微米之间。
11.如权利要求8所述的装置，其中，所述检测像素的横截面尺寸在10到100微米之间。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述检测像素由横截面尺寸和长度表征，并且其中根据所述入射光子的特征行进距离选择所述检测像素的横截面尺寸。
13.如权利要求1所述的装置，其中，所述检测像素由横截面尺寸和长度表征，并且其中根据所述入射光子的特征行进距离选择所述检测像素的长度。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述检测像素基本上是圆柱形的。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述检测像素基本上是直线的。
16.如权利要求1所述的装置，还包括检测电路，其配置成测量与所述检测像素相关的电响应或磁响应。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述检测像素和所述检测电路形成具有谐振的谐振电路。
18.如权利要求17所述的装置，还包括配置成确定所述谐振的至少一个性质的电路。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述谐振的至少一个性质包括谐振频率。
20.如权利要求18所述的装置，还包括配置成确定所述谐振的至少一个性质中的至少一个变化的电路，其中所确定的至少一个变化对应于所述检测像素中的光子通道。
21.如权利要求17所述的装置，其中，所述检测像素被配置为所述谐振电路中的电感器或电容器，并且其中，所述检测电路被配置为测量所述谐振电路的相对谐振频率。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述检测电路还被配置为测量所述谐振电路的相对谐振频率的变化，其中所述谐振电路的相对谐振频率的变化对应于所述检测像素对光子的检测。
23.如权利要求1所述的装置，其中，所述检测像素形成具有电容的电容器的至少一部分，并且其中，所述电容指示光子与所述检测像素的相互作用。
24.如权利要求1所述的装置，其中，所述检测像素形成具有电感的电感器的至少一部分，并且其中所述电感指示光子与所述检测像素的相互作用。
25.一种系统，其包括：
检测像素阵列，所述检测像素阵列中的每个检测像素包括第一材料，所述第一材料响应入射光子以在所述第一材料中产生康普顿电子以及电响应或磁响应，其中所述入射光子和所述康普顿电子在所述第一材料中各自具有特征行进距离；和
其中，所述检测像素阵列中的每个检测像素具有至少一个根据所述入射光子的特征行进距离和康普顿电子的特征行进距离中的至少一个来选择的尺寸。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述检测像素阵列中的每个检测像素通过包括介电材料的间隙与最近邻检测像素的子集分隔开。
27.如权利要求25所述的系统，其中所述介电材料包括空气。
28.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列基本上是一维的。
29.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列基本上是二维的。
30.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列基本上是三维的。
31.如权利要求25所述的系统，其中所述检测像素阵列中的每个检测像素包括第一材料，并且其中所述阵列中的所述检测像素的所述第一材料不完全相同。
32.如权利要求25所述的系统，其中所述第一材料包括铁电材料或多铁性材料。
33.如权利要求25所述的系统，其中所述第一材料包括铅，铋，钡，锆及其合金的钛酸盐中的至少一种。
34.如权利要求25所述的系统，其中所述第一材料包括铌酸盐和钽酸盐中的至少一种。
35.如权利要求25所述的系统，其中所述第一材料包括钙钛矿，非钙钛矿和非氧化物中的至少一种。
36.如权利要求25所述的系统，其中选择所述第一材料以对所述x射线能带中的入射光子具有电或磁响应。
37.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列中的每个检测像素由横截面尺寸和长度表征，并且其中所述检测像素的横截面尺寸根据所述入射光子的特征行进距离和所述康普顿电子的特征行进距离中的至少一个来选择。
38.如权利要求37所述的系统，其中，所述检测像素的横截面尺寸是直径，正方形的边和矩形的边中的至少一个。
39.如权利要求37所述的系统，其中，所述检测像素的横截面尺寸在0.1到10微米之间。
40.如权利要求37所述的系统，其中，所述检测像素的横截面尺寸在10到100微米之间。
41.如权利要求37所述的系统，其中，对于所选择的能量范围，所述入射光子在所述第一材料中具有特征行进距离，并且其中根据所述特征行进距离选择所述检测像素的长度。
42.如权利要求37所述的系统，其中，对于所选择的电磁能量范围，所述入射光子在所述第一材料中具有特征行进距离，并且其中所述阵列具有根据所述特征行进距离选择的至少一个尺寸。
43.如权利要求25所述的系统，还包括被配置为产生所述入射光子的源，其中所述检测像素阵列相对于所述源布置以接收由所述源产生的所述光子。
44.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列中的至少一个检测像素基本上是圆柱形的。
45.如权利要求25所述的系统，其中所述阵列中的至少一个检测像素基本上是直线的。
46.如权利要求25所述的系统，还包括检测电路，其配置成测量与所述阵列中的至少两个检测像素相关联的所述电或磁响应。
47.如权利要求46所述的系统，其中，所述检测电路被配置为通过比较所述阵列中的至少两个检测像素的电或磁响应来确定与所述入射光子相对应的相对数量的能量。
48.如权利要求46所述的系统，其中，所述检测电路被配置为通过比较所述阵列中的至少两个检测像素的电或磁响应来产生与所述入射光子相对应的图像。
49.如权利要求46所述的系统，还包括可操作地连接到所述检测电路的多通道分析器。
50.如权利要求25所述的系统，其中，所述检测像素阵列被布置以形成成像装置。
51.如权利要求50所述的系统，其中所述成像装置形成医学成像装置的至少一部分。
52.如权利要求50所述的系统，其中所述成像装置形成安保成像装置的至少一部分。
53.一种x射线成像系统，其包括：
x射线源；
检测像素阵列，所述检测像素阵列中的每个检测像素包括响应x射线产生康普顿电子的第一材料；和
检测电路，其可操作地连接到所述检测像素阵列，并配置成测量由所述康普顿电子产生的在第一材料中的变化。
54.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述检测电路包括配置成计算对象的层析图像的电路。
55.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述x射线源和所述检测像素阵列中的至少一个配置在可相对于对象移动的平台上。
56.如权利要求55所述的x射线成像系统，其中，所述x射线源和所述检测像素阵列中的至少一个被配置为扫描所述对象以创建所述对象的图像。
57.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述检测电路还被配置为确定与由所述检测像素阵列接收的x射线相对应的能量。
58.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述检测电路还被配置为确定与由所述检测像素阵列接收的电磁能相对应的强度。
59.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述检测电路可操作地连接到所述检测像素阵列，并配置成测量在所述第一材料的介电常数中的变化。
60.如权利要求53所述的x射线成像系统，其中，所述检测电路可操作地连接到所述检测像素阵列，并配置成测量在所述第一材料的磁导率中的变化。
61.一种与检测像素对应的方法，所述检测像素包括对电磁能具有电响应或磁响应的第一材料，该方法包括：
接收与包括所述检测像素的检测电路的谐振相对应的信息，其中所述谐振由谐振频率和线宽表征；和
确定所述检测电路的所述谐振频率中的变化，以确定所述检测像素中电磁能量的存在。
62.如权利要求61所述的方法，其中确定所述检测电路的谐振频率中的变化以确定所述检测像素中电磁能量的存在包括：
在第一时间确定对应于所述检测电路的参考谐振频率；和
在与所述第一时间不同的第二时间确定对应于所述检测电路的第二谐振频率；和
将所述参考谐振频率与所述第二谐振频率进行比较以确定所述谐振频率中的变化。
63.如权利要求62所述的方法，其中在与所述第一时间不同的第二时间确定对应于所述检测电路的第二谐振频率包括：
监测基本上连续地作为时间的函数的所述共振频率。
64.如权利要求63所述的方法，其中将所述参考谐振频率与所述第二谐振频率进行比较以确定电磁能的存在包括：
将所述谐振频率与基本上连续地作为时间的函数的所述参考谐振频率进行比较。
65.如权利要求62所述的方法，其中将所述参考共振频率与所述第二共振频率进行比较以确定电磁能量的存在包括：
确定所述参考谐振频率与所述第二谐振频率之间的差值；和
确定所述差值是否大于预定阈值。
66.如权利要求65所述的方法，其中所述预定阈值与所述线宽呈函数关系。
67.如权利要求66所述的方法，其中所述预定阈值基本上等于所述线宽的一半。
68.如权利要求66所述的方法，其中所述预定阈值基本上等于所述线宽。
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