适用于脉冲辐射源的辐射检测器
【技术领域】
本公开内容涉及适用于脉冲辐射源的辐射检测器。
【背景技术】
辐射检测器是测量辐射特性的装置。所述特性的示例可包括辐射强度的空间分布、相位、偏振。所述辐射可以是与主体相互作用的辐射。例如,由辐射检测器测量的辐射可以是穿透主体或从主体反射的辐射。辐射可以是电磁辐射,比如红外光、可见光、紫外光、X射线或γ射线。辐射还可以是其它类型,比如α射线和β射线。
一种类型的辐射检测器是基于辐射和半导体之间的相互作用。例如,这种类型的辐射检测器可以具有吸收辐射并产生载流子(例如,电子和空穴)的半导体层以及用于检测载流子的电路。
辐射检测器可受到“暗”噪音(例如,暗电流)的负面影响。辐射检测器中的暗噪音包括在没有辐射入射到辐射检测器上(该辐射检测器被配置成检测该辐射)的情况下存在的物理效应。分离或减小暗噪音对由辐射检测器检测到的整个信号的影响有助于使辐射检测器更加有用。
【发明内容】
本文公开了一种辐射检测器,包括:多个像素、以及控制器;其中,每个像素被配置成检测从脉冲辐射源发射的辐射;其中,所述脉冲辐射源被配置成在多个ON周期期间发射辐射并且在多个OFF周期期间不发射辐射;其中,所述控制器被配置成确定所述脉冲辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期;其中,所述控制器被配置成基于对所述辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期的确定使所述像素积分或者不积分信号。
根据实施例,所述辐射是X射线。
根据实施例,在ON周期期间的信号包括属于从脉冲辐射源发出的辐射的信号和属于暗噪音的信号。
根据实施例,在OFF周期期间的信号包括属于暗噪音的信号,但不包括属于来自脉冲辐射源的辐射的信号。
根据实施例,所述控制器被配置成在所有的ON周期期间使像素积分信号。
根据实施例,所述控制器被配置成在至少一些OFF周期期间使像素不积分信号。
根据实施例,控制器被配置成在所有的OFF周期期间使像素不积分信号。
根据实施例,所述控制器被配置成在所述多个OFF周期中的一个OFF周期期间处理被积分的像素信号。
根据实施例,所述控制器被配置成在所述多个OFF周期中的一个OFF周期期间将被积分的像素信号数位比。
根据实施例,所述控制器被配置成在所述多个OFF周期中的一个OFF周期期间复位被积分的像素信号。
根据实施例,辐射检测器和脉冲辐射源同步到同一时钟。
根据实施例,所述控制器被配置成基于来自所述时钟的时钟信号来确定所述脉冲辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期。
根据实施例,辐射检测器包括被配置成检测来自脉冲辐射源的辐射强度(作为时间的函数)的设备。
根据实施例,该装置具有被像素更低的散粒噪音。
根据实施例,所述控制器被配置成基于所述辐射的强度来确定所述脉冲辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期。
根据实施例,所述控制器被配置成使用所述像素来确定脉冲辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期。
根据实施例,所述控制器被配置成基于多个像素的组合信号来确定脉冲辐射源在所述多个ON周期中的一个ON周期或在所述多个OFF周期中的一个OFF周期。
根据实施例,将像素曝光于辐射是同步的。
本文公开了一种辐射检测器,其中,该辐射检测器被配置成检测来自脉冲辐射源的辐射;其中,所述脉冲辐射源被配置成在多个ON周期期间发射辐射并且在多个OFF周期期间不发射辐射;其中,所述辐射检测器被配置成在所述多个ON周期中的至少一些ON周期期间积分信号并且在所述多个OFF周期中的至少一些OFF周期期间不积分信号。
根据实施例,辐射是X射线。
根据实施例,ON周期和OFF周期具有可调节的长度。
根据实施例,在ON周期期间的信号包括属于来自脉冲辐射源的辐射信号和属于暗噪音的信号。
根据实施例,在OFF周期期间的信号包括属于暗噪音的信号,但不包括属于来自所述脉冲辐射源的辐射信号。
根据实施例,辐射检测器被配置成确定脉冲辐射源处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期。
根据实施例,辐射检测器被配置成基于对所述辐射源是否处于所述多个ON周期中的一个ON周期或处于所述多个OFF周期中的一个OFF周期的确定来确定是否对信号进行积分。
本文公开了一种包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器的系统,其中,所述系统被配置成对人体胸部或腹部进行X射线照相。
本文公开了一种包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器的系统,其中该系统被配置成对人嘴部进行X射线照相。
本文公开了一种货物扫描或非侵入性检查(NII)系统,该系统包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器和脉冲辐射源,其中,所述货物扫描或非侵入性检查系统被配置成使用背散射辐射形成图像。
本文公开了一种货物扫描或非侵入性检查(NII)系统,该系统包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器和脉冲辐射源,其中所述货物扫描或非侵入性检查(NII)系统被配置成使用穿过被检查的物体的辐射来形成图像。
本文公开了一种全身扫描仪系统,该系统包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器和脉冲辐射源。
本文公开了一种X射线计算机断层摄影(X射线CT)系统,该系统包括上述辐射检测器中的任何一种辐射检测器和脉冲辐射源,其中所述脉冲辐射源发射X射线。
【附图说明】
图1示意性地示出了作为脉冲辐射源示例的X射线管。
图2示意性地示出了来自脉冲辐射源的辐射强度输出(作为时间的函数)。
图3A示意性地示出了来自脉冲辐射源的辐射输出(作为时间的函数),这里脉冲辐射源具有50%的占空比。
图3B示意性地示出了辐射检测器可以在图3A所示的脉冲辐射源的所有ON周期和所有OFF周期之间连续地积分信号。
图3C示意性地示出了在信号积分期间(如图3B中所示)的属于暗噪音的信号和属于如图3A中所示的脉冲辐射源的辐射信号。
图3D示意性地示出了只有属于在图3A、图3B和图3C的辐射检测器(或其像素)信号中的暗噪音部分被积分。
图4A示意性地示出了来自脉冲辐射源的辐射输出(作为时间的函数),这里脉冲辐射源具有75%的占空比。
图4B示意性地示出了辐射检测器可以在图4A中所示的脉冲辐射源的所有ON周期和所有OFF周期连续地积分信号。
图4C示意性地示出了在图4B所示的信号积分期间的属于暗噪音的信号和属于图4A中所示的脉冲辐射源的辐射信号。
图4D示意性地示出了只有属于图4A、图4B和图4C中的辐射检测器(或其像素)信号中的暗噪音部分被积分。
图5A示意性地示出了来自脉冲辐射源的辐射输出(作为时间的函数),这里脉冲辐射源具有50%的占空比。
图5B示意性地示出了辐射检测器可以连续地在如图5A中所示的脉冲辐射源的所有ON周期以及一些OFF周期积分信号,而不在其它OFF周期积分信号。
图5C示意性地示出了在图5B所示的信号积分过程中的属于暗噪音的信号和属于图5A中所示的脉冲辐射源的辐射信号。
图5D示意性地示出了只有属于图5A、图5B和图5C的辐射检测器(或其像素)信号中的暗噪音部分被积分。
图6A示意性地示出了来自脉冲辐射源的辐射输出(作为时间函数),在此脉冲辐射源具有50%的占空比。
图6B示意性地示出了辐射检测器可以连续地在图6A中所示的脉冲辐射源的所有ON周期期间但不在任何OFF周期期间来积分信号。
图6C示意性地示出了在图6B所示的信号积分过程中的属于暗噪音的信号以及属于图6A中所示的脉冲辐射源的辐射信号。
图6D示意性地示出了图6A、图6B和图6C中的辐射检测器(或其像素)的信号中只有属于暗噪音的部分被积分。
图7A和图7B示出了对相同辐射检测器的分别从两个不同脉冲辐射源获得的信号的比较。
图8示意性地示出辐射检测器(或其像素)的信号(被积分的)可以在脉冲辐射源的OFF周期内被处理。
图9A示意性地示出了辐射检测器和脉冲辐射源同步于同一时钟的
实施例
图9B示意性地示出了辐射检测器具有被配置成检测脉冲辐射源处于哪个周期的装置的实施例。
图9C示意性地示出了一实施例,其中辐射检测器使用其中一些或全部像素来检测脉冲辐射源处于哪个周期。
图10示意性地示出了适合于脉冲辐射源的辐射检测器。
图11A示意性地示出了辐射检测器的截面图。
图11B示意性地示出了辐射检测器的详细横截面视图。
图11C示意性地示出了辐射检测器的备选的详细横截面视图。
图12-图17分别示意性地示出了包括本文所述的辐射检测器的系统。
【具体实施方式】
图1示意性地示出了作为脉冲辐射源的示例的X射线管1000。本文公开的辐射检测器可与其它脉冲辐射源一起使用。X射线管1000具有真空管1010、位于真空管1010的阴极1020和阳极1030。阴极1020被配置成用以发射电子。例如,阴极1020可以是具有高熔点的金属(例如钨)的细丝,而且来自灯丝的电子发射可由热离子效应引起。阴极1020与阳极1030之间的高电压(例如30kV至150kV)建立电场,该电场让发射的电子向所述阴极1030加速。所述阴极1030的材料的示例可以包括钨、钼和铜。当电子撞击阳极1030时,X射线从阳极1030发出。发射的X射线可以包括具有强度随波长平缓变化的部分和具有几个锐峰的部分。第一部分是由于阳极1030中的电子的减速而引起的(轫致辐射效应)。第二部分是由于在阳极1030的原子的外壳层的电子弛豫到较低的壳层。X射线管1000可以具有热连接到阳极1030的散热器1040。
脉冲辐射源可以以脉冲方式发射辐射。即在操作期间,脉冲辐射源在一段时间("ON周期")发射辐射,并且在另一时间段("OFF周期")不发射辐射。在本文的X射线管示例中,辐射的脉冲可以通过将电子从阴极1020向阳极1030的流动脉冲调制而引起。即,电子朝向阳极1030的流动可以在ON期间导通,然后在OFF期间关闭。ON周期和OFF周期的长度是可调节的,例如通过开关模式电源。
开关模式电源使用开关调节器从电源(AC或DC)传递电功率到负载(例如,X射线管的阳极和阴极之间的电场)。开关调节器将传向负载的功率快速切换到ON和OFF。开关的占空比确定多少功率被传递到负载。开关调节器的功耗非常小,因此非常有效。相反,线性调节器通过将过量功率消散于欧姆损耗(即,热)来提供期望的输出电压。开关模式电源能够产生高于输入,或具有相反极性的输出电压。
图2示意性地示出了脉冲辐射源发射的辐射强度(作为时间函数)。在ON周期2010期间的强度是非零的,并可以基本恒定。在OFF周期2020期间的强度可以基本为零。
图3B示意性地示出,辐射检测器可以连续地在如图3A所示的脉冲辐射源的所有ON周期3010和所有OFF周期3020期间积分信号,这里脉冲辐射源的占空比为50%。脉冲辐射源占空比为ON周期除以ON周期以及OFF周期之和的比率。属于来自脉冲辐射源的辐射信号出现在ON周期3010期间,但不出现在OFF周期3020期间。属于暗噪音的信号在ON周期3010和OFF周期3020期间都存在。因此,在ON周期3010期间,两个信号都存在;在OFF周期3020期间,存在属于暗噪音的信号,但是不存在属于来自脉冲辐射源的辐射信号。
图3C示意性地示出,在图3B中示出的信号积分期间,属于暗噪音的信号和属于图3A中具有50%占空比的脉冲辐射源的辐射信号。在每个ON周期3010或OFF周期3020内,虚线框3030的高度3030H表示在周期3010或3020期间积分的总信号的大小;虚线框3030的阴影部分的高度3030D表示在周期3010或3020期间属于暗噪音的信号的大小。虚线框3030下方的标签"ON"表示,辐射检测器(或其像素)在与所述虚线框相关联的周期内分别地积分信号。辐射检测器(或其像素)在四个ON周期3010和三个OFF周期3020积分的信号3040(如图3C所示)包括属于脉冲辐射源的辐射部分3040R和属于暗噪音的部分3040D。图3C示出在OFF周期3020期间,尽管来自脉冲辐射源的辐射基本零,辐射检测器(或其像素)仍积分属于暗噪音的信号。图3D仅示出属于暗噪音的部分3040D。在OFF周期3020期间,辐射检测器仅积分属于暗噪音的信号,而不积分属于辐射的信号。因此,如果OFF周期相对于ON周期被减小,即如果脉冲辐射源的占空比增加,属于暗噪音的部分3040D相对于信号3040的比例会被减小。
图4B示意性地示出辐射检测器可以连续地在脉冲辐射源的所有ON周期4010和所有OFF周期4020积分信号(如图4A所示),其中脉冲辐射源具有75%的占空比,而且周期(即,ON周期和OFF周期的和)与图3A中的脉冲辐射源相同。属于来自脉冲辐射源的辐射的信号在ON周期4010期间存在,但在OFF周期4020期间不存在。在ON周期4010和OFF周期4020两者中都存在属于暗噪音的信号。因此,在ON周期4010期间,两个信号都存在;在OFF周期4020中,存在属于暗噪音的信号,但是不存在属于来自脉冲辐射源的辐射的信号。与图3A所示的脉冲辐射源相比,由于ON周期较长,所以属于辐射的部分较大。
图4C示意性地示出了图4B所示信号积分期间的属于暗噪音的信号和属于来自图4A中示出的具有75%占空比的脉冲辐射源的辐射的信号。在每个ON周期4010或OFF周期4020内,虚线框4030的高度4030H示出了在周期4010或4020期间积分的总信号的大小;虚线框4030的阴影部分的高度4030D示出了属于暗噪音的信号的大小。虚线框4030下面的标签"ON"表示辐射检测器(或其像素)在与所述虚线框相关联的周期内分别地积分信号。辐射检测器(或其像素)在四个ON周期4010期间和三个OFF周期4020期间积分的信号4040(图4C中所示)包括属于脉冲辐射源辐射的部分4040R和属于暗噪音的部分4040D。图4C示出,在OFF周期4020期间,尽管属于脉冲辐射源辐射的信号基本为零,辐射检测器(或其像素)仍然积分属于暗噪音的信号。然而,与图3C所示的情形相比较,OFF周期4020短于OFF周期3020,因此,在OFF周期4020中被积分到信号4040中的属于暗噪音的信号的幅度较小。图4D仅示出了属于暗噪音的部分4040D。在OFF周期4020期间,辐射检测器仅积分属于暗噪音的信号,而不积分属于辐射的信号。因此,如果辐射检测器在至少一些OFF周期停止积分信号,属于暗噪音的部分4040D相对于信号4040的比例会被减小。
图5B示意性地示出了辐射检测器可以在图5A所示的脉冲辐射源的所有ON周期5010和一些OFF周期5021期间(但不在其它OFF周期5020期间)积分信号。其中,脉冲辐射源具有50%的占空比,并且周期(即,ON周期和OFF周期的和)与图3A中的脉冲辐射源相同。属于来自脉冲辐射源的辐射的信号存在于ON周期5010,但不存在于OFF周期5020或5021。在ON周期5010以及OFF周期5020和5021期间,都存在属于暗噪音的信号。因此,在ON周期5010期间,两个信号都存在;在OFF周期5020和5021期间,存在属于暗噪音的信号,但是不存在属于脉冲辐射源辐射的信号。与图3A所示的脉冲辐射源相比,属于辐射的部分是相同的,但属于暗噪音的部分是较小的,这是由于辐射检测器在至少一些OFF周期期间不积分信号。
图5C示意性地示出了在图5B中示出的信号积分过程中的属于暗噪音的信号和属于来自如图5A所示的具有50%占空比的脉冲辐射源的辐射的信号。在每个ON周期5010或者OFF周期5020或5021内,虚线框5030的高度5030H示出了在周期5010、5020或5021中积分的总信号的大小;虚线框5030的阴影部分高度5030D示出属于暗噪音的信号的大小。虚线框5030下方的标签“ON”表示辐射检测器(或其像素)在与所述虚线框相关联的周期内分别地积分信号。虚线框5030下方的标签"OFF"表示辐射检测器在与虚线框关联的周期内分别地不对信号进行积分。辐射检测器(或其像素)在四个ON周期5010和三个OFF周期5020和5021(如图5C所示)积分的信号5040,包括属于来自脉冲辐射源的辐射部分5040R和属于暗噪音的部分5040D。图5C示出在OFF周期5021期间,尽管属于来自脉冲辐射源的辐射信号基本为零,辐射检测器(或其像素)仍然积分属于暗噪音的信号。图5C还示出在OFF周期5020期间,属于暗噪音的信号不被积分到信号5040中,来自脉冲辐射源的辐射的所有信号都被积分到信号5040中。图5D仅示出属于暗噪音的部分5040D。在OFF周期5021期间,辐射检测器仅对属于暗噪音的信号进行积分,而不积分属于辐射的信号。因此,如果辐射检测器在所有OFF周期期间停止积分信号,属于暗噪音的部分5040D相对于信号5040的比例会被减少。
图6B示意性地示出,辐射检测器可以在如图6A所示的脉冲辐射源的所有ON周期6010期间而不在OFF周期6020期间积分信号。其中脉冲辐射源具有50%的占空比,而且周期(即,ON周期和OFF周期的和)与图3A中的脉冲辐射源相同。属于脉冲辐射源辐射的信号存在于ON周期6010期间,而不存在于OFF周期6020期间。属于暗噪音的信号在ON周期6010和OFF周期6020期间都存在。因此,在ON周期6010期间,两个信号都存在;在OFF周期6020期间,存在属于暗噪音的信号,但是不存在属于脉冲辐射源辐射的信号。与图3A所示的脉冲辐射源相比,属于辐射的部分是相同的,但属于暗噪音的部分较小,这是由于辐射检测器在任何OFF周期期间不对信号进行积分。
图6C示意性地示出了在图6B中示出的信号积分期间的属于暗噪音的信号和属于来自图6A中示出的具有50%占空比的脉冲辐射源的辐射的信号。在每个ON周期6010或OFF周期6020内,虚线框6030的高度6030H示出了在该周期6010或6020期间积分的总信号的大小;虚线框6030的阴影部分的高度6030D表示属于暗噪音的信号的大小。虚线框6030下方的标签“ON”表示辐射检测器(或其像素)分别在与所述虚线框相关联的周期内积分信号。虚线框6030下方的标签“OFF”表示辐射检测器在与所述虚线框相关联的周期内分别地不对信号进行积分。辐射检测器(或其像素)在图6C中所示的四个ON周期6010和三个OFF周期6020中积分的信号6040包括属于来自脉冲辐射源的辐射部分6040R和属于暗噪音的部分6040D。图6C示出,在所有OFF周期6020期间,不将属于暗噪音的信号积分到信号6040中,将所有属于来自脉冲辐射源的辐射信号集成到信号6040中。图6D仅示出了属于暗噪音的部分6040D。
辐射检测器中暗噪音的影响可不与辐射检测器在ON周期接收的来自辐射源的辐射强度成比例。暗噪音的影响可与强度无关。例如,暗噪音的影响可受到辐射检测器的温度或偏置电压影响,但不受辐射强度的影响。因此,增加强度可以相对地降低暗噪音的影响。
图7A和图7B示出了同一辐射检测器分别从两个不同的脉冲辐射源获得信号的比较。图7A中的信号是从图6C中所示的具有50%的占空比的脉冲辐射源获得。图7B中的信号是从具有25%占空比且强度是图7A中所示的脉冲辐射源的两倍的脉冲辐射源获得。这两个脉冲辐射源的时间平均强度相同。辐射检测器(或其像素)在图7B中所示的四个ON周期和三个OFF周期中积分的信号7040包括属于来自脉冲辐射源的辐射部分7040R和归因于暗噪音的部分7040D。7040D部分不受强度的影响,并且与ON周期的长度成比例。因此,所述部分7040D仅是所述部分6040D的一半,这是因为图7B中的脉冲辐射源的ON周期的长度是图7A中脉冲辐射源ON周期长度的一半。7040R部分既受到强度的影响,也受到ON周期长度的影响。在这个示例中,7040R部分与强度和ON周期的长度成比例。因此,7040R部分与6040R部分相同,因为图7B中脉冲辐射源的ON周期为图7A中脉冲辐射源的ON周期的长度的一半,但图7B中脉冲辐射源强度为图7A中脉冲辐射源强度的两倍。因此,信号7040中7040D部分相对地小于信号6040中的6040D部分。
辐射检测器可以在OFF周期7020期间有各种操作。在如图8所示示例中,辐射检测器可以在OFF周期7020期间持续地积分属于暗噪音的信号,而且辐射检测器(或其像素)积分的信号7901(作为时间的函数)在OFF周期7020具有小的增加。在如图6C所示的示例中,辐射检测器可在OFF周期7020停止对信号进行积分,辐射检测器(或其像素)积分的信号7902(作为时间的函数)在OFF周期7020期间可不增加。在另一个示例中,辐射检测器可以在OFF周期7020停止对信号进行积分,而在OFF周期7020期间处理(例如,数字化和发送)辐射检测器(或其像素)积分的信号7903并复位信号7903。信号7903可在OFF周期7020在复位前不增加,并且释放至零。例如,如果辐射检测器收集由入射光子在吸收层中产生的载流子并将载流子存储在电容器上,那么在OFF周期7020,电容器的电压可以被测量并且该电容器被放电。
辐射检测器的像素曝光可以同步。将像素的曝光同步有时称为“全域模壳”。像素的曝光同步不必要求像素被配置为在相同的时间段物理地接收辐射;相反,同步意味着像素的信号是属于相同时间段的辐射。例如,如果像素A被配置为在t0和(t0+2t1)之间物理地接收辐射,像素B被配置为在(t0+t1)和(t0+3t1)之间物理地接收辐射,像素A和像素B的信号是属于它们在(t0+t1)和(t0+2t1)之间接收的辐射,那么,像素A和像素B仍然是同步的。
如上所示,辐射检测器可以基于脉冲辐射源处于哪个时间段(即,ON周期或OFF周期),来控制是否在该时间段积分信号。图9A示意性地示出一实施例,其中辐射检测器8020和脉冲辐射源8010被同步到同一时钟8030。来自时钟8030的时钟信号可用于确定脉冲辐射源8010的ON周期和OFF周期的长度。在作为脉冲辐射源8010的示例的X射线管中,来自时钟8030的时钟信号可用于确定在X射线管的阳极和阴极之间电场的时间特性8011。来自时钟8030的时钟信号也被馈送到辐射检测器8020的控制器8021中。控制器8021可使用时钟信号来确定脉冲辐射源8010处于ON周期或处于OFF周期,并确定辐射检测器8020的像素8022何时积分信号。控制器8021可具有处理器和存储有指令的内存,并执行所述指令以使所述控制器8021执行其功能。
图9B示意性地示出了一实施例,其中辐射检测器8020具有被配置成用于检测脉冲辐射源8010处于哪个周期(即,ON周期或OFF周期)的装置8023。因此,不需要将脉冲辐射源8010和辐射检测器8020同步到同一时钟。装置8023可以检测来自脉冲辐射源8010的辐射强度(作为时间的函数)。该装置例如可以通过比检测器8020的像素8022拥有更大的面积或通过比像素8022更靠近脉冲辐射源8010而具有比像素更低的散粒噪音。装置8023可缺乏空间解析度。由装置8023检测到的辐射强度可以被发送到控制器8021。控制器8021可以使用由装置8023检测到的辐射强度来确定脉冲辐射源8010处于ON周期或处于OFF周期,并确定辐射检测器8020的像素8022何时积分信号。装置8023可以连续地检测辐射的强度,或者在一系列时间点检测辐射的强度。
图9C示意性地示出实施例,其中辐射检测器8020使用其一些或全部像素8022来检测脉冲辐射源8010处于哪个周期。因此,不需要使装置8023也不需要把脉冲辐射源8010和辐射检测器8020同步到同一时钟。为了减少散粒噪音,多个像素8022的信号可被组合。被组合的信号代表来自脉冲辐射源8010的辐射强度(作为时间的函数)。由像素8022检测到的辐射强度可以被馈送到控制器8021中。控制器8021可以使用所述辐射的强度来确定脉冲辐射源8010的ON周期和OFF周期的定时,并确定辐射检测器8020的像素8022何时积分信号。在使用辐射源8010和辐射检测器8020对主体进行成像之前,可在校准阶段进行对脉冲辐射源8010的周期的检测。
图10示意性地示出了根据实施例的适用于脉冲辐射源的辐射检测器100。该辐射检测器100具有像素150的阵列。该阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或任意其它合适的阵列。每个像素150被配置为检测来自入射于其上的脉冲辐射源的辐射,并且可以被配置为测量辐射的特征(例如,粒子的能量、波长、频率)。例如,每个像素150被配置成对入射于其上的、在时间段内能量落入多个箱中的光子数进行计数。所有像素150可被配置为对在同一时间段内入射在其上的、在多个能量箱内的光子数量进行计数。每个像素150可以具有自己的模数转换器(ADC),该模数转换器被配置成将代表入射光子能量的模拟信号数字化为数字信号。像素150可被配置成并行操作。例如,当一个像素150测量入射光子时,另一像素150可等待光子到达。像素150可不必单独寻址。
图11A示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的截面图。辐射检测器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如,ASIC),用以处理或分析入射辐射在辐射吸收层110中产生的电信号。在实施例中,检测器100不包括闪烁体。辐射吸收层110可以包括半导体材料,例如矽、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或它们的组合。半导体对感兴趣的辐射可具有高的质量衰减系数。
如图11B中的辐射检测器100的详细横截面图所示,根据该实施例,辐射吸收层110可以包括一个或多个二极管(例如,p-i-n或p-n)(由第一掺杂区域111、第二掺杂区113的一个或多个离散区域114形成)。第二掺杂区113和第一掺杂区111可以由可选的本征区112隔开。离散部分114相互之间被第一掺杂区111或本征区112隔开。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如,区域111为p型并且区域113为n型,或者区域111为n型并且区域113为p型)。在图11B的示例中,第二掺杂区113的每一个离散区域114与第一掺杂区111以及可选本征区112形成二极管。即,在图11B的示例中,辐射吸收层110具有多个二极管,所述多个二极管具有第一掺杂区域111作为共享电极。第一掺杂区域111也可具有离散部分。
当来自脉冲辐射源的辐射击中包括二极管的辐射吸收层110时,辐射光子可以被吸收并产生一个或多个载流子(通过多个机制)。载流子可以在电场下漂移至所述二极管中的一个二极管的电极。该电场可以是外部电场。电触点119B可包括离散部分,每一个离散部分与离散区域114电接触。在实施例中,载流子可以沿各方向这样漂移,以至于由辐射的单个粒子产生的载流子基本上不被两个不同的离散区域114共享(这里“基本上不被共享”意味着,小于2%、小于0.5%、小于0.1%或小于0.01%的这些载流子流到与其余载流子不同的离散区域114中的一个离散区域)。在这些离散区域114中的一个离散区域的足迹区域周围入射的辐射粒子产生的载流子基本上不与这些离散区域114中的另一个离散区域相共享。与离散区域114相关联的像素150是这样一个区域:该区域大致位于所述离散区域114处,在这里入射的辐射粒子产生的载流子基本上全部(大于98%以上、大于99.5%以上、大于99.9%以上或大于99.99%)流至所述离散区域114。即,这些载流子中小于2%、小于1%、小于0.1%或小于0.01%流到该像素之外。
如图11C中的辐射检测器100的备选的详细横截面图所示,根据该实施例,辐射吸收层110可以包括半导体材料的电阻器,但不包括二极管,所述半导体材料例如为矽、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或它们的组合。半导体对感兴趣的辐射可具有高的质量衰减系数。
当辐射撞击辐射吸收层110(该辐射吸收层包括电阻器但不包括二极管)时,它可被吸收并产生一个或多个电荷载体(通过多种机制)。一个辐射粒子可以产生10至100000个载流子。载流子可在电场下漂移到电触点119A和119B。该电场可以是外部电场。电触点119B包括离散部分。在实施例中,载流子可以沿各方向漂移,以至于由单个辐射粒子产生的载流子基本上不被电触点119B的两个不同的离散部分共用(在此,“基本上不被共用”意味着小于2%、小于0.5%、小于0.1%或小于0.01%的这些载流子流至不同于其余载流子的离散部分中的一个离散部分)。在电触点119B的这些离散部分中的一个离散部分的足迹周围入射的辐射粒子产生的载流子基本上不与电触点119B的这些离散部分中的另一个离散部分相共享。与电触点119B的离散部分相关联的像素150可以是这样的区域,该区域大致位于所述离散部分处,入射于其中的辐射粒子产生的载流子基本上全部(大于98%、大于99.5%、大于99.9%或大于99.99%)流到电触点119B的所述离散部分。即,这些载流子流中,小于2%、小于0.5%、小于0.1%或小于0.01%流到与电触点119B的所述一个离散部分相关联的像素之外。
电子层120可包括电子系统121,其适于处理或解释由入射到辐射吸收层110上的辐射产生的信号。电子系统121可以包括:模拟电路,例如滤波网络、放大器、积分器以及比较器;或数字电路例如微处理器;以及内存。电子系统121可以包括一个或多个ADC。电子系统121可以包括由像素共享的部件或专用于单个像素的部件。例如,电子系统121可以包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共享的微处理器。所述电子系统121可以通过通孔131与像素电连接。所述通孔中的空间可以被填充材料130填充,这可增加电子层120与辐射吸收层110的连接的机械稳定性。其他结合技术将电子系统121连接到像素(不使用通孔)是可能的。
图12示意性地示出包括本文所述的辐射检测器100的系统。该系统可用于医学成像,例如胸部X射线照相,腹部X射线照相等。系统包括发射X射线的脉冲辐射源1201。从脉冲辐射源1201发射的X射线穿透物体1202(例如,人体部位如胸部、肢体、腹部),被物体1202的内部结构(例如,骨骼、肌肉、脂肪、器官等)不同程度衰减,并且被投影到辐射检测器100。辐射检测器100通过检测X射线的强度分布而形成图像。
图13示意性地示出包括本文所述的辐射检测器100的系统。该系统可用于医疗成像,例如牙科X射线照相。该系统包括发射X射线的脉冲辐射源1301。从脉冲辐射源1301发射的X射线穿透物体1302,其是哺乳动物(例如人)的嘴巴的一部分。物体1302可包括上颌骨、腭骨、牙齿、下颌或舌。X射线被物体1302的不同结构不同程度衰减,并被投射到辐射检测器100。辐射检测器100通过检测X射线的强度分布形成图像。牙齿比龋牙、感染、牙周韧带更多地吸收X射线。牙科患者接收的X射线辐射的剂量典型地是小的(对全嘴系列约0.150mSv)。
图14示意性地示出包括本文所述的辐射检测器100的货物扫描或非侵入性检查(NII)系统。该系统可用于检查和识别例如集装箱、车辆、船舶、行李等运输系统中的货物。该系统包括脉冲辐射源1401。从脉冲辐射源1401发射的辐射可以从物体1402(例如集装箱、车辆、船舶等)背散射并被投影到辐射检测器100。物体1402的不同内部结构可以不同地背散射所述辐射。辐射检测器100通过检测背散射辐射的强度分布和/或背散射辐射的能量来形成图像。
图15示意性地示出包括本文所述的辐射检测器100的另一货物扫描或非侵入性检查(NII)系统。该系统可用于公共运输站和机场的行李筛选。该系统包括发射X射线的脉冲辐射源1501。从脉冲辐射源1501发射的X射线可穿透行李1502,被行李的内容不同地衰减,并被投影到辐射检测器100。所述辐射检测器100通过检测透射X射线的强度分布而形成图像。该系统可以揭示行李的内容,并识别在公共交通上禁止的物品,例如枪支、毒品、锋利武器、易燃物。
图16示意性地示出包括本文所述的辐射检测器100的全身扫描仪系统。全身扫描仪系统可以为了安全筛选目的检测人身体上的物体,不需要物理地移去衣物或进行物理接触。全身扫描仪系统能检测非金属物体。全身扫描仪系统包括脉冲辐射源1601。从脉冲辐射源1601发射的辐射可从被筛选的人1602和其身上的物体背散射,并被投影到辐射检测器100。所述物体和所述人体可以不同地背散射辐射。辐射检测器100通过检测背散射辐射的强度分布来形成图像。辐射检测器100和脉冲辐射源1601可被配置为沿直线或旋转方向扫描人。
图17示意性地示出X射线计算机断层摄影(X射线CT)系统。X射线CT系统使用计算机处理的X射线来产生被扫描对象的特定区域的断层图像(虚拟“切片”)。断层图像可用于各种医学学科中的诊断和治疗目的,或用于探伤、故障分析、计量、组装分析和反向工程。X射线CT系统包括在此描述的辐射检测器100和发射X射线的脉冲辐射源1701。辐射检测器100和脉冲辐射源1701可被配置成沿一个或多个圆形或螺旋路径同步旋转。
在此描述的脉冲辐射检测器100可具有其它应用,比如在X射线望远镜、X射线乳房摄影、工业X射线缺陷检测、X射线显微或微成像、X射线铸造检查、X射线无损检测、X射线焊接检查、X射线数位减影血管摄影等中。使用该脉冲辐射检测器100适合于代替摄影板、摄影胶片、PSP板、X射线图像增强器、闪烁体或其它半导体X射线检测器。
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示明。