CN109414231B - 用于确定x射线检测器错位的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种方法，包括：在第一X射线检测器(110，410，510，610，710，810，1010，1110)和第二X射线检测器(120，420，520，620，720，820，1020，1120)错位时从第一X射线检测器(110，410，510，610，710，810，1010，1110)获得第三图像(410B，510B，610B，710B，820B，921)；在第一和第二检测器错位时，基于第一图像(410A，510A，610A，710A，820A，911)与第三图像(410B，510B，610B，710B，820B，921)之间的移位确定第一X射线检测器(110，410，510，610，710，810，1010，1110)与第二X射线检测器(120，420，520，620，720，820，1020，1120)之间的错位；其中第一图像(410A，510A，610A，710A，820A，911)是如果第一和所述第二检测器对准则第一X射线检测器(110，410，510，610，710，810，1010，1110)应捕捉的图像。

Description

用于确定X射线检测器错位的方法
【技术领域】
本公开内容涉及X射线检测器，特别涉及用于确定X射线检测器错位的方法。
【背景技术】
X射线检测器可以是用于测量X射线的通量、空间分布、光谱或其他性质的设备。
X射线检测器可用于许多应用。一个重要应用是成像。X射线成像是放射摄影技术，可以用于揭示组成不均匀和不透明物体(例如人体)的内部结构。
早期用于成像的X射线检测器包括照相底片和照相胶片。照相底片可以是具有感光乳剂涂层的玻璃底片。尽管照相底片被照相胶片取代，由于它们所提供的优越品质和它们的极端稳定性而仍可在特殊情形中使用它们。照相胶片可以是具有感光乳剂涂层的塑胶胶片(例如，带或片)。
在20世纪80年代，出现了光激励萤光板(PSP板)。PSP板可包含在它的晶格中具有色心的萤光材料。在将PSP板暴露于X射线时，X射线激发的电子被困在色心中直到它们受到在板表面上扫描的激光光束的激励。在激光扫描板时，捕获的激发电子发出光，其被光电倍增管收集。所收集的光转换成数字图像。与照相底片和照相胶片相比，PSP可以被重复使用。
另一种X射线检测器是X射线图像增强器。X射线图像增强器的部件通常在真空中密封。与照相底片、照相胶片和PSP板相比，X射线图像增强器可产生即时图像，即不需要曝光后处理来产生图像。X射线首先撞击输入萤光体(例如，碘化铯)，并被转换成可见光。可见光然后撞击光电阴极(例如，包含铯和锑复合物的薄金属层)，并促使电子发射。发射电子数量与入射X射线的强度成比例。发射电子通过电子光学器件投射到输出萤光体上，并促使该输出萤光体产生可见光图像。
闪烁体的操作与X射线图像增强器有些类似之处在于，闪烁体(例如，碘化钠)吸收X射线并且发射可见光，其然后可以被适用于可见光的图像感测器检测到。在闪烁体中，可见光在各个方向上传播和散射，从而降低了空间解析度。使闪烁体厚度减少有助于提高空间解析度但也减少X射线吸收。闪烁体从而必须在吸收效率与解析度之间达成妥协。
半导体X射线检测器通过将X射线直接转换成电信号而在很大程度上克服该问题。半导体X射线检测器可包括半导体层，其在感兴趣波长吸收X射线。当在半导体层中吸收X射线光子时，产生多个载流子(例如，电子和空穴)，并且在朝向半导体层上的电触点的电场下扫过它们。当前可用半导体X射线检测器(例如，Medipix)中需要的繁琐的热管理可能使得具有大面积和大量像素的检测器难以生产或不可能生产。
【发明内容】
本文公开了这样的方法，其包括：在第一X射线检测器和第二X射线检测器错位时从第一X射线检测器获得第三图像；基于第一图像与第三图像之间的移位元确定第一X射线检测器与第二X射线检测器之间的错位；其中第一图像是如果第一检测器和第二检测器对准则第一X射线检测器应捕捉的图像。
根据实施例，方法进一步包括在第一X射线检测器和第二X射线检测器错位时从第二X射线检测器获得第四图像；其中确定错位进一步基于第二图像与第四图像之间的移位；其中第二图像是如果第一检测器和第二检测器对准则第二X射线检测器应捕捉的图像。
根据实施例，第一X射线检测器和第二X射线检测器堆叠。
根据实施例，第一图像和第三图像由引导到第一X射线检测器的X射线束形成。
根据实施例，X射线束的一部分被第一X射线检测器吸收并且X射线束的另一部分经过第一X射线检测器。
根据实施例，第一图像和第三图像由X射线场景形成。
根据实施例，第一图像和第三图像是第二X射线检测器的一个或多个结构的图像。
根据实施例，一个或多个结构是像素之间的间隙。
根据实施例，一个或多个结构是焊料凸点。
根据实施例，第一X射线检测器和第二X射线检测器并排设置。
根据实施例，第一图像和第三图像由引导到第一X射线检测器的第一X射线束形成。
根据实施例，第一图像是X射线场景的一部分的图像。
根据实施例，第一X射线检测器具有多个像素。
根据实施例，第一X射线检测器包括：X射线吸收层，其包括电极；电子层，其包括电子系统。
根据实施例，电子系统包括：第一电压比较器，其被配置成将电极的电压与第一阈值比较；第二电压比较器，其被配置成将该电压与第二阈值比较；计数器，其被配置成记录到达X射线吸收层的X射线光子的数目；控制器；其中，该控制器被配置成从第一电压比较器确定电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值的时间启动时间延迟；其中，该控制器被配置成在时间延迟期间启动第二电压比较器；其中，该控制器被配置成如果第二电压比较器确定电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值则促使计数器记录的数目增加一。
根据实施例，电子系统进一步包括电容器模组，该电容器模组电连接到第一X射线吸收层的电极，其中，该电容器模组被配置成收集来自第一X射线吸收层的电极的载流子。
根据实施例，控制器被配置成在时间延迟开始或终止时启动第二电压比较器。
根据实施例，电子系统进一步包括电压表，其中，控制器被配置成在时间延迟终止时促使电压表测量电压。
根据实施例，控制器被配置成基于在时间延迟终止时测量的电压值来确定X射线光子能量。
根据实施例，控制器被配置成使第一X射线吸收层的电极连接到电接地。
根据实施例，电压变化率在时间延迟终止时大致为零。
根据实施例，电压变化率在时间延迟终止时大致为非零。
根据实施例，X射线吸收层包括二极管。
本文公开了这样的方法，其包括：获得第一芯片与第二芯片之间的错位；获得第三芯片与第四芯片之间的错位；其中第一芯片、第二芯片、第三芯片和第四芯片各自是第一X射线检测器或第二X射线检测器的一部分；其中，第一X射线检测器和第二X射线检测器堆叠；其中，第一芯片和第四芯片不重叠；利用第一芯片与第二芯片之间的错位并且利用第三芯片与第四芯片之间的错位来确定第一芯片与第四芯片之间的错位。
根据实施例，第一芯片和第四芯片是相同X射线检测器的一部分。
根据实施例，第二芯片和第三芯片是相同芯片。
根据实施例，第二芯片和第三芯片不重叠。
本文公开这样的方法，其包括：通过X射线检测器的多个芯片中的一个芯片获得场景的多个交叉模式之中的一个交叉模式的图像；确定一个芯片相对于来自图像的一个交叉模式的相对位置；其中多个交叉模式的相对位置关于彼此是已知的。
根据实施例，一个芯片相对于一个交叉模式移位或旋转。
根据实施例，一个交叉模式包括具有有限宽度的两条线。
根据实施例，确定相对位置包括确定一个芯片的两个位置，其中这两个位置在两条线其中之一上。
根据实施例，确定相对位置包括将由一个芯片的至少一些像素检测到的作为一个芯片位置的函数的强度拟合。
【附图说明】
图1A示意性地示出了根据本教导实施例的X射线检测器的横截面图。
图1B示意性地示出了根据本教导实施例的X射线检测器的详细横截面图。
图1C示意性地示出了根据教导实施例的X射线检测器的备选详细横截面图。
图1D示出了根据本教导实施例的X射线检测器的一部分的示范性俯视图。
图2示意性地示出了根据本教导实施例在X射线检测器中的电子层的横截面图。
图3A示出了根据本教导实施例的图2所示电子层允许多个X射线检测器堆叠。
图3B示意性地示出了根据本教导实施例的多个堆叠的X射线检测器的俯视图。
图3C示意性地示出了其中电子层在单个衬底上制成并且X射线吸收层包括结合到电子层的多个芯片的示例。
图4A示意性地示出了两个堆叠的X射线检测器对准。
图4B示意性地示出了如果X射线检测器对准则图4A的X射线检测器应捕捉的图像。
图4C示意性地示出了图4A中的两个X射线检测器错位。
图4D示意性地示出了在检测器错位时图4A的X射线检测器捕捉的图像。
图5A示意性地示出了并排设置的两个X射线检测器对准。
图5B示意性地示出了如果检测器对准则图5A的X射线检测器应捕捉的图像。
图5C示意性地示出了图5A的两个X射线检测器错位。
图5D示意性地示出了在X射线检测器错位时图5A的X射线检测器捕捉的图像。
图6A示意性地示出了两个堆叠的X射线检测器对准。
图6B示意性地示出了如果X射线检测器对准则图6A的X射线检测器应捕捉的图像。
图6C示意性地示出了图6A中的两个X射线检测器错位。
图6D示意性地示出了在X射线检测器错位时图4A的X射线检测器捕捉的图像。
图7A示意性地示出了并排设置的两个X射线检测器对准。
图7B示意性地示出了如果X射线检测器对准则图7A的X射线检测器应捕捉的图像。
图7C示意性地示出了图7A的两个X射线检测器错位。
图7D示意性地示出了在X射线检测器错位时图7A的X射线检测器捕捉的图像。
图8A示出两个堆叠的X射线检测器对准。
图8B示意性地示出了如果图8A的X射线检测器对准则X射线检测器其中之一应捕捉的另一个X射线检测器的结构的图像。
图8C示意性地示出了图8A中的两个X射线检测器错位。
图8D示意性地示出了在图8A中的X射线检测器错位时X射线检测器其中之一所捕捉的另一个X射线检测器的结构的图像。
图9示意性地示出了用于确定第一X射线检测器和第二X射线检测器关于彼此的错位的流程图。
图10示意性地示出了堆叠X射线检测器的非重叠芯片可使用重叠芯片链确定。
图11A示意性地示出了X射线检测器的芯片关于彼此的错位可使用具有多个交叉模式的场景确定。
图11B示意性地示出了交叉模式和芯片的相对位置。
图11C示意性地示出了由芯片捕捉的交叉模式的图像。
图11D示出图像一部分的一区段(在图11C中由虚线框标记)。
图11E示意性地示出了可通过线性拟合确定每一行中的像素所检测的作为位置的函数的强度。
图12A和图12B各自示出图1A、图1B或图1C中的X射线检测器的电子系统的部件图。
图13示意性地示出了流过暴露于X射线的X射线吸收层二极管电极或电阻器的电触点的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)，电流由X射线吸收层上入射的X射线光子产生的载流子引起。
图14示意性地示出了在采用图8中示出的方式操作的电子系统中噪音(例如，暗电流)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)。
图15示意性地示出了在电子系统操作来检测处于较高速率的入射X射线光子时流过暴露于X射线的X射线吸收层电极的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)，电流由X射线吸收层上入射的X射线光子产生的载流子引起。
图16示意性地示出了在采用图12中示出的方式操作的电子系统中噪音(例如，暗电流)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)。
图17示意性地示出了根据实施例在采用图12中示出的方式(其中RST在TE之前终止)操作的电子系统中由X射线吸收层上入射的一系列X射线光子产生的载流子引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)。
【具体实施方式】
PCT申请号PCT/CN2015/075950、PCT/CN2015/075941、PCT/CN2015/075944、PCT/CN2015/081126、PCT/CN2016/073034、PCT/CN2015/075950、PCT/CN2015/089103、PCT/CN2015/088220、PCT/CN2015/089552、PCT/CN2015/091509、PCT/CN2015/091928、PCT/CN2015/091927、PCT/CN2015/091943、PCT/CN2015/096192和PCT/CN2016/074663中的每个通过引用全部合并于此。
图1A示意性地示出了根据实施例的半导体X射线检测器100。该半导体X射线检测器100可包括：X射线吸收层110；和电子层120(例如，ASIC)，用于处理或分析入射X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。在实施例中，半导体X射线检测器100不包括闪烁体。X射线吸收层110可包括半导体材料，例如矽、锗、砷化镓、碲化镉、碲锌镉或其组合。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的品质衰减系数。图1A示意性地示出了根据实施例的半导体X射线检测器100。该半导体X射线检测器100可包括：X射线吸收层110；和电子层120(例如，ASIC)，用于处理或分析入射X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。在实施例中，半导体X射线检测器100不包括闪烁体。X射线吸收层110可包括半导体材料，例如矽、锗、砷化镓、碲化镉、碲锌镉或其组合。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的品质衰减系数。
如在图1B中的检测器100的详细横截面图中示出地，根据实施例，X射线吸收层110可包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可通过本征区112(可选)而与第一掺杂区111分离。离散部分114通过第一掺杂区111或本征区112而彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区111是p型并且区113是n型，或区111是n型并且区113是p型)。在图1B中的示例中，第二掺杂区113的离散区114中的每个离散区与第一掺杂区111和本征区112(可选)一起形成二极管。即，在图1B中的示例中，X射线吸收层110具有多个二极管，其具有第一掺杂区111作为共用电极。第一掺杂区111还可具有离散部分。
在X射线光子撞击X射线吸收层110(其包括二极管)时，X射线光子可被吸收并且通过许多机制产生一个或多个载流子。载流子可在电场下向其中一个二极管的电极漂移。场可以是外部电场。电触点119B可包括离散部分，其中的每个与离散区114电接触。
如在图1C中的检测器100的备选详细横截面图中示出地，根据实施例，X射线吸收层110可包括具有半导体材料(例如矽、锗、砷化镓、碲化镉、碲锌镉或其组合)的电阻器，但不包括二极管。
在X射线光子撞击X射线吸收层110(其包括电阻器但不包括二极管)时，它可被吸收并且通过许多机制产生一个或多个载流子。载流子可在电场下向电触点119A和119B漂移。电触点119B包括离散部分。
电子层120可包括电子系统121，该电子系统适合于处理或解释X射线吸收层110上入射的X射线光子产生的信号。电子系统121可包括例如滤波网路、放大器、积分器和比较器等模拟电路或例如微处理器等数字电路以及内存。电子系统121可包括像素共用的部件或专用于单个像素的部件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共用的微处理器。电子系统121可通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可用填充材料130填充，其可使电子层120到X射线吸收层110的连接的机械稳定性增加。在不使用通孔的情况下使电子系统121连接到像素的其他接合技术是可能的。
图1D示意性地示出了具有4×4阵列的离散区114/119B的半导体X射线检测器100的一部分的示范性俯视图。围绕这些离散区114/119B中的一个离散区的足迹入射的X射线光子产生的载流子大致未与这些离散区114/119B中的另一个离散区共用。围绕离散区114/119B的区域150叫作与该离散区114/119B关联的像素，其中由在其中入射的X射线光子产生的载流子中的大致全部(超过95％、超过98％或超过99％)流向离散区114/119B。即，当X射线光子在像素内部撞击时，这些载流子中不到5％、不到2％或不到1％流到像素外。通过测量离散区114/119B中的每个离散区的电压的变化率，可确定与离散区114/119B关联的像素中被吸收的X射线光子的数目(其与入射X射线强度有关)和/或其能量。从而，入射X射线强度的空间分布(例如，图像)可通过单独测量离散区114/119B的阵列中的每个离散区的电压变化率来确定。像素可采用任何适合的列来组织，例如方形阵列、三角形阵列和蜂窝状阵列。像素可具有任何适合的形状，例如圆形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是独立可定址的。
图2示意性地示出了根据本教导的实施例在检测器中的电子层120的横截面图。在该示例中，电子层120包括衬底122，其具有第一表面124和第二表面128。如本文使用的“表面”不一定被暴露，而可以全部或部分被掩埋。电子层120包括第一表面124上的一个或多个电触点125。该一个或多个电触点125可被配置成电连接到X射线吸收层110的一个或多个电极。电子系统121可在衬底122中或衬底122上，并且电连接到电触点125。
电子层120包括一个或多个传输线127，其电连接到电子系统121。传输线127在第一表面124上可以是第一表面124上的金属线，使得被电子系统121处理的资料可经由传输线127读出。传输线127也可用于控制，从而对电子系统121提供电力或输入。
如在图2中示出地，在第二表面128上没有电部件，即衬底122的底边不具有电部件。因此，衬底122可以变薄(例如，通过研磨第二表面128)。例如，衬底可具有750微米或更少、200微米或更少、100微米或更少、50微米或更少、20微米或更少或5微米或更少的厚度。衬底122可以是矽衬底或其他适合的半导体或绝缘体衬底。衬底122可通过将较厚衬底研磨到期望厚度而产生。
一个或多个电触点125可以是金属或掺杂半导体的层。例如，电触点125可以是金、铜、铂、钯、掺杂矽等。
传输线127使衬底122中的电部件(例如，电子系统121)在衬底122上的其他位置处电连接到接合垫。在一个实施例中，每个传输线127可通过通孔电连接到电子系统121。传输线127可与衬底122电隔离，但在某些通孔和某些接合垫处除外。传输线127可以是对于感兴趣的X射线能量具有小的品质衰减系数的材料(例如，人)。传输线127可将电连接再分布到更多便利位置。
X射线检测器可由于各种原因而在另一个X射线检测器上堆叠。这样的原因之一是：在一个X射线检测器无法吸收所有入射X射线时提高入射X射线的整体吸收。X射线检测器由于它能够感测入射X射线形成的图像而可具有X射线检测器上入射的X射线的特性的空间解析度。即，X射线检测器可具有测量该特性的空间依赖性的能力特性。通常是强度但不一定是强度。该特性的示例可包括相位、偏振、波长和频率。图1A-1D和图2示出了具有空间解析度的这样的X射线检测器。
图3A示出了图2所示电子层120允许多个半导体X射线检测器100堆叠来形成新的X射线检测器300。在每个电子层120中，图3A中的传输线127可以促进将所有像素的信号路由到晶片(wafer)侧以用于读出。信号可以聚集以用于X射线检测。如下文描述的电子系统121可具有足够低功耗来消除庞大的冷却机构，其还有助于实现图3A中的堆叠结构。堆叠中的多个半导体X射线检测器100不必相同。例如，多个半导体X射线检测器100在厚度、结构或材料方面可不同。
图3B示意性地示出了根据本教导的实施例堆叠的多个半导体X射线检测器100的俯视图。每个层可具有平铺来覆盖较大区域的多个检测器100。一个层中的平铺检测器100可以相对于另一个层中的平铺检测器100交错，这可消除其中无法检测入射X射线光子的间隙。
电子层120、X射线层110或两者可包括多个芯片(chip)。例如，电子层120可在单个衬底上制成，并且X射线吸收层110包括结合到电子层120的多个芯片，如图3示意性地示出。
在完全在相同衬底上制成的X射线检测器内，特性的测量值的位置误差通常得到很好控制。例如，如果X射线检测器具有采用阵列设置的多个像素，它们对于彼此的相对位置可通过制造工艺很好限定，例如通过光刻中适合的对准技术。当一个X射线检测器堆叠在另一个X射线检测器上时，在已经制造其中至少一个X射线检测器之后，一个X射线检测器关于另一个X检测器的相对定位更难以控制。在X射线检测器包括安装到另一个层的多个芯片时，芯片的相对定位也更难以控制。
一个X射线检测器相对于另一个X射线检测器的错位可通过利用X射线检测器中的一个或两个X射线检测器来成像而确定。
图4A示意性地示出了两个堆叠X射线检测器410和420对准。检测器410和420中的每个可具有多个像素。在检测器410和420中的每个检测器内，像素相对于彼此的位置可是已知的。在将X射线束引导到检测器410时，该X射线束的一部分被吸收并且被检测器410检测，并且该X射线束的另一部分经过检测器410并且被检测器420检测。
图4B示意性地示出了如果检测器410和420对准则检测器410和420应分别从X射线束捕捉的图像410A和420A。
图4C示意性地示出了检测器410和420错位，图4D示意性地示出了在检测器410和420错位时检测器410和420分别从X射线束捕捉的图像410B和420B。检测器410和420关于彼此的错位可以从图像410A与410B之间的移位(例如，如由箭头412标记)，图像420A与420B之间的移位或两者获得。
图5A示意性地示出了并排设置的两个X射线检测器510和520对准。检测器510和520中的每个可具有多个像素。在检测器510和520中的每个检测器内，像素相对于彼此的位置可是已知的。在将两个X射线束分别引导到检测器510和520或在不同时间将一个X射线束引导到检测器510和520时，检测器510和520各自捕捉被引导至该检测器的X射线束的图像。
图5B示意性地示出了如果检测器510和520对准则检测器510和520应分别从X射线束捕捉的图像510A和520A。
图5C示意性地示出了检测器510和520错位。图5D示意性地示出了在检测器510和520错位时检测器510和520分别从X射线束捕捉的图像510B和520B。检测器510和520关于彼此的错位可以从图像520A与520B之间的移位(例如，如由箭头512标记)，图像510A与510B之间的移位或两者获得。
图6A示意性地示出了两个堆叠的X射线检测器610和620对准。检测器610和620中的每个可具有多个像素。在检测器610和620中的每个检测器内，像素相对于彼此的位置可是已知的。由检测器610和620中的每个捕捉X射线的场景650的图像。
图6B示意性地示出了如果检测器610和620对准则检测器610和620应分别捕捉的图像610A和620A。
图6C示意性地示出了检测器610和620错位，图6D示意性地示出了在检测器610和620错位时检测器610和620分别从场景650捕捉的图像610B和620B。检测器610和620关于彼此的错位可以从图像620A与620B之间的移位(例如，如由箭头612标记的)，图像610A与610B之间的移位或两者获得。
图7A示意性地示出了并排设置的两个X射线检测器710和720对准。检测器710和720中的每个检测器可具有多个像素。在检测器710和720中的每个检测器内，像素相对于彼此的位置可是已知的。由检测器710捕捉X射线的场景750的一部分的图像，由检测器720捕捉场景750的另一部分的图像。
图7B示意性地示出了如果检测器710和720对准则检测器710和720应分别从场景750捕捉的图像710A和720A。
图7C示意性地示出了检测器710和720错位，图7D示意性地示出了在检测器710和720错位时检测器710和720分别从场景750捕捉的图像710B和720B。检测器710和720关于彼此的错位可以从图像720A与720B之间的移位(例如，如由箭头712标记)，图像710A与710B之间的移位或两者获得。
图8A示意性地示出了两个堆叠的X射线检测器810和820对准。检测器810和820中的每个可具有多个像素。在检测器810和820中的每个检测器内，像素相对于彼此的位置可是已知的。在跨检测器810的表面具有基本上均匀强度的X射线被引导到检测器810和820时，X射线的部分可被检测器810吸收并且另一部分可被检测器820吸收。因为X射线被检测器810的吸收例如由于检测器810的结构(例如像素与焊料凸点850之间的间隙860)而在空间上可不是均匀的，检测器820捕捉检测器810的这些结构的图像。
图8B示意性地示出了如果检测器810和820对准则检测器820应捕捉的检测器810的结构的图像820A。
图8C示意性地示出了检测器810和820错位，图8D示意性地示出了在检测器810和820错位时由检测器820捕捉的检测器810的结构的图像820B。检测器810和820关于彼此的错位可以从图像820A与820B之间的移位(例如，如由箭头812标记的)获得。
图9示意性地示出了用于确定第一X射线检测器和第二X射线检测器关于彼此错位的流程图。在过程920中，在第一检测器和第二检测器错位时从第一检测器获得图像921。可选地在过程940中，在第一检测器和第二检测器错位时从第二检测器获得图像941。在过程950中，在第一和第二检测器错位时，基于图像921与如果第一检测器和第二检测器对准则第一检测器应捕捉的图像911之间的移位并且可选地基于图像941与如果第一检测器和第二检测器对准则第二检测器应捕捉的图像931之间的移位，来确定第一检测器与第二检测器之间的错位951。
在图4A-8D中描绘并且在图9中提及的X射线检测器可以是在图1A、图1B或图1C中图示的X射线检测器100。
X射线检测器可具有多个芯片，并且芯片的定位可具有误差并且彼此可并没有完全对准。不是所有芯片都彼此重叠。两个芯片的错位可从芯片链确定，其中每个链节包括一对重叠芯片。如在图10中示出地，两个X射线检测器1010和1020在彼此上堆叠。X射线检测器1010具有多个芯片，例如1010A、1010B、1010C和1010D；X射线检测器1020具有多个芯片，例如1020A、1020B、1020C和1020D。芯片1010D和1020C不重叠。然而，芯片1010D和1020C的错位可从芯片1010D和1020A的错位、芯片1020A和1010B的错位、芯片1010B和1020B的错位、芯片1020B和1010C的错位以及芯片1010C和1020C的错位来确定。
图11A示意性地示出了X射线检测器的芯片1110关于彼此的错位可使用具有多个交叉模式1125的场景1120确定。交叉模式关于彼此的相对位置是已知的。芯片1110被定位使得每个芯片捕捉交叉模式中的至少一个的图像，尽管芯片1110关于彼此没有完全对准也如此。图11B示意性地示出了交叉模式1125和芯片1110的相对位置。芯片1110可相对于交叉模式1125移位或旋转。交叉模式1125可包括两条线1125X和1125Y，其具有有限宽度并且彼此垂直。
图11C示意性地示出了由芯片1110捕捉的交叉模式1125的图像。该图像包括四个部分1125XA、1125XB、1125YA和1125YB。部分1125XA和1125XB属于线1125X的图像。部分1125XA和1125XB在交叉点的相反侧上。部分1125YA和1125YB属于线1125Y的图像。部分1125YA和1125YB在交叉点的相反侧上。线1125X和1125Y以及从而交叉模式1125相对于芯片1110的位置可从四个部分1125XA、1125XB、1125YA和1125YB确定。
图11D示出作为示例，部分1125XA的一部分(在图11C中由虚线框标记)。该部分包括多个相邻像素行(例如，1111、1112和1113)。如果交叉模式未与像素平行定位，这些行中的像素可检测作为位置的函数的强度梯度。如由图11E示出，通过线性拟合可确定每个行中的像素所检测的作为位置的函数的强度。两个行之间并且两个行的两个函数具有相同强度所在的点线上1125X上。采用相似方式，可识别线1125X上的至少两个点和线1125Y上的至少两个点，由此识别交叉模式相对于芯片1110的位置。
图12A和图12B各自示出根据实施例的电子系统121的部件图。电子系统121可包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、电压表306和控制器310。
第一电压比较器301被配置成将二极管300的电极的电压与第一阈值比较。二极管可以是由第一掺杂区111、第二掺杂区113的离散区114中的一个离散区和本征区112(可选)形成的二极管。备选地，第一电压比较器301被配置成将电触点(例如，电触点119B的离散部分)的电压与第一阈值比较。第一电压比较器301可被配置成直接监测电压，或通过将一段时间内流过二极管或电触点的电流整合来计算电压。第一电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可被配置成被连续启动，并且连续监测电压。被配置为连续比较器的第一电压比较器301使系统121错过由入射X射线光子产生的信号的机会减少。被配置为连续比较器的第一电压比较器301在入射X射线强度相对高时尤其适合。第一电压比较器301可以是钟控比较器，其具有较低耗的益处。被配置为钟控比较器的第一电压比较器301可导致系统121错过由一些入射X射线光子产生的信号。在入射X射线强度低时，错过入射X射线光子的机会因为两个连续光子之间的间隔相对长而较低。因此，被配置为钟控比较器的第一电压比较器301在入射X射线强度相对低时尤其适合。第一阈值可以是一个入射X射线光子可在二极管或电阻器中产生的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射X射线光子的能量(即，入射X射线的波长)中，X射线吸收层110的材料和其他因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302被配置成将电压与第二阈值比较。第二电压比较器302可被配置成直接监测电压，或通过将一段时间内流过二极管或电触点的电流整合来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可由控制器310可控地启动或停用。在停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功耗可以是启动第二电压比较器302时的功耗的不到1％、不到5％、不到10％或不到20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文使用地，术语实数X的“绝对值”或“模数”是X的非负值而不考虑它的符号。即，
Figure BDA0001893920830000181
Figure BDA0001893920830000182
第二阈值可以是第一阈值的200％-300％。第二阈值可以是一个入射X射线光子可在二极管或电阻器中产生的最大电压的至少50％。例如，第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二电压比较器302和第一电压比较器301可以是相同部件。即，系统121具有一个电压比较器，其在不同时间将电压与两个不同阈值比较。
第一电压比较器301或第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或任何其他适合的电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高的速度，以允许系统121在高的入射X射线通量下操作。然而，具有高的速度通常以功耗为代价。
计数器320被配置成记录到达二极管或电阻器的X射线光子的数目。计数器320可以是软件部件(例如，计算机内存中存储的数目)或硬件部件(例如，4017IC和7490IC)。
控制器310可以是例如微控制器和微处理器等硬件部件。控制器310被配置成从第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从第一阈值的绝对阈值以下增加到等于或超过第一阈值的绝对值的值)的时间启动时间延迟。在这里，因为电压可以是负的或正的而使用绝对值，这取决于是使用二极管的阴极还是阳极的电压或使用哪个电触点。控制器310可被配置成在第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值的时间之前，保持停用第二电压比较器302、计数器320和第一电压比较器301的操作不需要的任何其他电路。时间延迟可在电压变稳定(即，电压的变化率大致为零)之前或之后终止。短语“电压的变化率大致为零”意指电压的时间变化小于0.1％/ns。短语“电压的变化率大致为非零”意指电压的时间变化是至少0.1％/ns。
控制器310可被配置成在时间延迟期间(其包括开始和终止)启动第二电压比较器。在实施例中，控制器310被配置成在时间延迟开始时启动第二电压比较器。术语“启动”意指促使部件进入操作状态(例如，通过发送例如电压脉冲或逻辑电平等信号、通过提供电力等)。术语“停用”意指促使部件进入非操作状态(例如，通过发送例如电压脉冲或逻辑电平等信号、通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态更高的功耗(例如，高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可被停用直到第一电压比较器301的输出在电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值时才启动控制器310。
如果在时间延迟期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，控制器310可被配置成促使计数器320记录的数目增加一。
控制器310可被配置成促使电压表306在时间延迟终止时测量电压。控制器310可被配置成使电极连接到电接地，以便使电压重置并且使电极上累积的任何载流子放电。在实施例中，电极在时间延迟终止后连接到电接地。在实施例中，电极持续有限复位时期地连接到电接地。控制器310可通过控制开关305而使电极连接到电接地。开关可以是晶体管，例如场效应晶体管(FET)。
在实施例中，系统121没有模拟滤波器网路(例如，RC网路)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
电压表306可将它测量的电压作为模拟或数字信号馈送给控制器310。
系统121可包括电容器模组309，其电连接到二极管300的电极或电触点，其中电容器模组被配置成从电极收集载流子。电容器模组可以包括放大器的反馈路径中的电容器。被如此配置的放大器叫作电容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通过防止放大器饱和而具有高的动态范围，并且通过限制信号路径中的频宽来提高信噪比。来自电极的载流子在一段时间(“整合期”)(例如，如在图13中示出地，在t0至t1或t1-t2之间)内在电容器上累积。在整合期终止后，对电容器电压采样并且然后由重置开关将其重置。电容器模组可以包括直接连接到电极的电容器。
图13示意性地示出了由二极管或电阻器上入射的X射线光子产生的载流子引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流关于时间的整合。在时间t0时，X射线光子撞击二极管或电阻器，载流子开始在二极管或电阻器中产生，电流开始流过二极管的电极或电阻器，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1时，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值V1的绝对值，并且控制器310启动时间延迟TD1并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。如果控制器310在T1之前被停用，在t1启动控制器310。在TD1期间，控制器310启动第二电压比较器302。如这里使用的术语在时间延迟“期间”意指开始和终止(即，结束)和中间的任何时间。例如，控制器310可在TD1终止时启动第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302确定在时间t2的电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，控制器310促使计数器320记录的数目增加一。在时间te，X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110在时间ts，时间延迟TD1终止。在图13的示例中，时间ts在时间te之后；即TD1在X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110之后终止。电压的变化率从而在ts大致为零。控制器310可被配置成在TD1终止时或在t2或中间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可被配置成促使电压表306在时间延迟TD1终止时测量电压。在实施例中，在电压的变化率在时间延迟TD1终止后大致变为零之后，控制器310促使电压表306测量电压。该时刻的电压与X射线光子产生的载流子的数量成比率，该数量与X射线光子的能量有关。控制器310可被配置成基于电压表306测量的电压确定X射线光子的能量。确定能量的一个方式是通过使电压装仓(binning)。计数器320对于每个仓可具有子计数器。在控制器310确定X射线光子的能量落在仓中时，控制器310可促使对于该仓的子计数器中记录的数目增加一。因此，系统121可能够检测X射线图像并且可能够分辨每个X射线光子的X射线光子能量。
在TD1终止后，控制器310在复位期RST使电极连接到电接地，以允许电极上累积的载流子流到地面并且使电压重置。在RST之后，系统121准备检测另一个入射X射线光子。系统121在图13的示例中可以应对的入射X射线光子的速率隐式地受限于1/(TD1+RST)。如果第一电压比较器301被停用，控制器310可以在RST终止之前。的任何时间启动它如果控制器310被停用，可在RST终止之前启动它。
图14示意性地示出了在采用图13中示出的方式操作的系统121中噪音(例如，暗电流、背景辐射、散射X射线、萤光X射线、来自相邻像素的共用电荷)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。在时间t0时，噪音开始。如果噪音未大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值，控制器310未启动第二电压比较器302。如果在时间t1噪音大到足以促使电压的绝对值超出如由第一电压比较器301确定的V1的绝对值，控制器310启动时间延迟TD1并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。在TD1期间(例如，在TD1终止时)，控制器310启动第二电压比较器302。在TD1期间，噪音不太可能大到足以促使电压的绝对值超出V2的绝对值。因此，控制器310未促使计数器320记录的数目增加。在时间te，噪音结束。在时间ts，时间延迟TD1终止。控制器310可被配置成在TD1终止时停用第二电压比较器302。如果在TD1期间电压的绝对值未超出V2的绝对值，控制器310可被配置成未促使电压表306测量电压。在TD1终止后，控制器310在复位期RST地使电极连接到电接地以允许电极上由于噪音而累积的载流子流到地面并且使电压重置。因此，系统121在噪音抑制方面可非常有效。
图15示意性地示出了在系统121操作来检测处于比1/(TD1+RST)更高速率的入射X射线光子时，由二极管或电阻器上入射的X射线光子产生的载流子所引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流关于时间的整合。在时间t0时，X射线光子撞击二极管或电阻器，载流子开始在二极体或电阻器中产生，电流开始流过二极管的电极或电阻器的电触点，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值V1的绝对值，并且控制器310启动比时间延迟TD1还短的时间延迟TD2，并且控制器310可在TD2开始时停用第一电压比较器301。如果控制器310在t1之前被停用，在t1启动控制器310。在TD2期间(例如，在TD2终止时)，控制器310启动第二电压比较器302。如果在TD2期间，第二电压比较器302确定在时间t2的电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，控制器310促使计数器320记录的数目增加一。在时间te，X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110。在时间th，时间延迟TD2终止。在图15的示例中，时间th在时间te之前；即TD2在X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110之前终止。电压的变化率从而在th大致为非零。控制器310可被配置成在TD2终止时或在T2或中间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可被配置成从在TD2期间作为时间函数的电压推断在te的电压并且使用推断的电压来确定X射线光子的能量。
在TD2终止后，控制器310在复位期RST地使电极连接到电接地以允许电极上累积的载流子流到地面并且使电压重置。在实施例中，RST在te之前终止。当RST在te之前终止时，RST后电压的变化率可因为X射线光子产生的所有载流子未漂移出X射线吸收层110而大致为非零。电压的变化率在te后大致变为零，并且电压在te后稳定为残余电压VR。在实施例中，RST在te或te之后终止，并且RST后电压的变化率可因为X射线光子产生的所有载流子在te漂移出X射线吸收层110而大致为零。在RST后，系统121准备检测另一个入射X射线光子。如果第一电压比较器301被停用，控制器310可以在RST终止之前的任何时间启动它。如果控制器310被停用，可在RST终止之前启动它。
图16示意性地示出了在采用图15所示方式操作的系统121中噪音(例如，暗电流、背景辐射、散射X射线、萤光X射线、来自相邻像素的共用电荷)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。在时间t0时，噪音开始。如果噪音未大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值，控制器310未启动第二电压比较器302。如果在时间t1噪音大到足以促使电压的绝对值超出如由第一电压比较器301确定的V1的绝对值，控制器310启动时间延迟TD2，并且控制器310可在TD2开始时停用第一电压比较器301。在TD2期间(例如，在TD2终止时)，控制器310启动第二电压比较器302。在TD2期间，噪音不太可能大到足以促使电压的绝对值超出V2的绝对值。因此，控制器310未促使计数器320记录的数目增加一。在时间te，噪音结束。在时间th，时间延迟TD2终止。制器310可被配置成在TD2终止时停用第二电压比较器302。在TD2终止后，控制器310在复位期RST地使电极连接到电接地，以允许电极上由于噪音而累积的载流子流到地面并且使电压重置。因此，系统121在噪音抑制方面可非常有效。
图17示意性地示出了在采用图15所示方式(其中RST在te之前终止)操作的系统121中由二极管或电阻器上入射的一系列X射线光子产生的载流子所引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极电压的对应时间变化(下曲线)。由每个入射X射线光子产生的载流子引起的电压曲线在该光子之前偏移了残余电压。残余电压的绝对值随每个入射光子而依次增加。当残余电压的绝对值超出V1时(参见图17中的虚线矩形)，控制器启动时间延迟TD2，并且控制器310可在TD2开始时停用第一电压比较器301。如果在TD2期间在二极管或电阻器上没有其他X射线光子入射，控制器在TD2结束时在复位时期RST期间使电极连接到电接地，由此使残余电压重置。残余电压从而未促使计数器320记录的数目增加。
尽管本文公开各种方面和实施例，其他方面和实施例对于本领域内技术人员将变得明显。本文公开的各种方面和实施例是为了说明目的而不意在为限制性的，其真正范围和精神由下列权利要求指示。

Claims (22)

1.一种用于确定X射线检测器错位的方法，包括：
在第一X射线检测器和第二X射线检测器错位时从所述第一X射线检测器获得第三图像；
基于第一图像与所述第三图像之间的移位确定所述第一X射线检测器与所述第二X射线检测器之间的错位；
其中，所述第一图像是如果所述第一X射线检测器和所述第二X射线检测器对准则所述第一X射线检测器应捕捉的图像；
其中，该方法进一步包括：
在所述第一X射线检测器和所述第二X射线检测器错位时从所述第二X射线检测器获得第四图像；
其中，所述错位的确定进一步基于第二图像与所述第四图像之间的移位；
其中，所述第二图像是如果所述第一X射线检测器和所述第二X射线检测器对准则所述第二X射线检测器应捕捉的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一X射线检测器和所述第二X射线检测器堆叠。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一图像和所述第三图像由引导到所述第一X射线检测器的X射线束形成。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述X射线束的一部分被所述第一X射线检测器吸收并且所述X射线束的另一部分经过所述第一X射线检测器。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一图像和所述第三图像由X射线场景形成。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一图像和所述第三图像是所述第二X射线检测器的一个或多个结构的图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个结构是像素之间的间隙。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个结构是焊料凸点。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一X射线检测器和所述第二X射线检测器并排设置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一图像和所述第三图像由引导到所述第一X射线检测器的第一X射线束形成。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一图像是X射线场景的一部分的图像。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一X射线检测器具有多个像素。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一X射线检测器包括：
X射线吸收层，该X射线吸收层包括电极；
电子层，该电子层包括电子系统。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电子系统包括：
第一电压比较器，该第一电压比较器被配置成将所述电极的电压与第一阈值比较；
第二电压比较器，该第二电压比较器被配置成将所述电压与第二阈值比较；
计数器，该计数器被配置成记录到达所述X射线吸收层的X射线光子的数目；
控制器；
其中，所述控制器被配置成从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超出所述第一阈值的绝对值的时间启动时间延迟；
其中，所述控制器被配置成在所述时间延迟期间启动所述第二电压比较器；
其中，所述控制器被配置成如果所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超出所述第二阈值的绝对值则促使所述计数器记录的数目增加一。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电子系统进一步包括电容器模组，该电容器模组电连接到所述X射线吸收层的电极，其中所述电容器模组被配置成收集来自所述X射线吸收层的电极的载流子。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制器被配置成在所述时间延迟开始或终止时启动所述第二电压比较器。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电子系统进一步包括电压表，其中所述控制器被配置成在所述时间延迟终止时促使所述电压表测量所述电压。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述控制器被配置成基于在所述时间延迟终止时测量的电压值来确定X射线光子能量。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述控制器被配置成使所述X射线吸收层的电极连接到电接地。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟终止时大致为零。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电压的变化率在时间延迟终止时大致为非零。
22.根据权利要求14所述的方法，其中，所述X射线吸收层包括二极管。
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