CN110275196B - 使用多个像素确定相互作用特征的方法、装置和产品 - Google Patents

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Abstract

一个实施例提供一种方法，包括：接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；识别多个像素中与相互作用相关联的子集，其中多个像素的子集中的每一个像素对应于多个响应中的至少一个；并且从多个响应中确定相互作用的特征，其中所述特征包括以下中的至少一个：相互作用的时间、位置和能量。描述并要求保护其他方面。

Description

使用多个像素确定相互作用特征的方法、装置和产品
技术领域
本申请涉及成像技术领域，特别涉及使用多个像素确定的相互作用特征的方法、装置和产品。
背景技术
成像设备执行许多不同的功能，比如，医学成像、安检、图像捕获等。成像源可以是放射源、可见光、不可见光，或者可以是成像设备能够检测到的任何类型的源。例如，在医疗环境中，可以向患者注射放射性药物示踪剂，成像设备可以捕获来自于患者身体的伽马光子辐射发射，以便进行诊断性分析。成像设备可以包括对发射源敏感的伽马相机，例如，包括对发射源敏感或产生反应的特定物质或物体的相机。相机可以包含多个像素，这些像素可以使得图像能确定出发射信号的位置、能量、时机和强度。
发明内容
总而言之，一个方面提供了一种方法，包括：接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；识别多个像素中与相互作用相关联的子集，其中多个像素的子集中的每一个像素对应于多个响应中的至少一个；并且从多个响应中确定相互作用的特征，其中特征包括以下中的至少一个：相互作用的时间、位置和能量。
另一方面提供了一种装置，包括：光子检测器像素阵列，其包括多个像素；处理器，其有效耦合到光子检测器像素阵列；存储指令的存储器设备，指令可由处理器执行以：接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应；识别多个像素中与相互作用相关联的子集，其中多个像素的子集中的每一个像素对应于多个响应中的至少一个；并且从多个响应中确定相互作用的特征，其中特征包括以下中的至少一个：相互作用的时间、位置和能量。
另一方面提供了一种产品，包括：存储代码的存储设备，该代码可由处理器执行并且包括：接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应的代码，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；识别多个像素中与相互作用相关联的子集的代码，其中多个像素的子集中的每一个像素对应于多个响应中的至少一个；以及从多个响应中确定相互作用的特征的代码，其中所述特征包括以下中的至少一个：相互作用的时间、位置和能量。
以上内容是概述，因此可能包含了细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将会理解的是，此概述仅是说明性的，并不旨在以任何方式加以限制。
为了更好地理解实施例及其其他的和进一步的特征和优点，结合附图参考以下描述。本发明的范围将在所附权利要求中指出。
附图说明
图1示出了信息处理设备电路的示例。
图2示出了信息处理设备电路的另一示例。
图3示出了可以使用所公开实施例的成像设备的另一实施例。
图4示出了信息处理设备电路的其他示例。
图5示出了使用多个像素来确定相互作用的特征的方法。
图6示出了相互作用以及相互作用对多个像素的影响。
具体实施方式
将容易理解的是，除了所描述的示例性实施例之外，大体上如本文附图中描述和示出的实施例的各组成部分可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所示，以下对示例性实施例的更详细描述并非旨在限制所要求保护的实施例的范围，而仅仅是代表了示例性实施例。
本说明书中对“一个实施例”或“实施例”(或类似语)的引用意味着结合该实施例所描述的特定特性、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书内的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定都指代同一实施例。
此外，所描述的特性、结构或特征可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式加以组合。在以下描述中，为了给出对实施例的透彻理解，提供了许多具体细节。然而，相关领域的技术人员将认识到的是，可以在没有一个或多个具体细节的情况下实践各种实施例，或者可以利用其他方法、组件、材料等来实践各种实施例。在其他情况下，为了避免产生混淆，并未示出或详细描述公知的结构、材料或操作。
成像设备的用户往往需要的是较高空间、时间及能量分辨率的图像输出。举例而言，具有较高空间、时间和能量分辨率的医学图像可以向医生指引患者体内的感兴趣位置，从而对患者护理产生影响。许多成像设备利用的是对被成像发射物的类型敏感的相机，以便精确地捕获图像。为了捕获图像，将相机图像划分为离散区域或图像元素(像素)，其中每个像素可以表示所捕获图像内的位置及强度。
作为说明，在核医学(分子成像)环境中，可以向患者注射放射性药物示踪剂，并且成像设备(伽马相机)可以捕获来自于患者身体的伽马光子辐射发射，以便进行诊断性分析。伽马相机中的检测器可以包括半导体直接转换材料，比如，CdZnTe、CdTe、HgI和Si。相比起闪烁体光子检测器伽马相机，包括半导体直接转换检测器材料的伽马光子检测器像素阵列具备诸多优点，包括出色的能量及空间分辨率。不过，这种像素化半导体检测器阵列的缺点在于各个像素的能量谱失真，其中由于空穴载流子俘获或与相邻像素的电荷共享的缘故，某些计数是在低于光峰的能量下进行记录。因为图像形成通常可能会要求仅在紧紧围绕光峰的能量范围内接受计数，所以，能量较低的光谱尾部的计数并没有被包括在图像中。这就意味着伽马相机的效率可能明显低于闪烁体相机的效率，即使是在每个相机的厚度为伽马光子提供了相同阻挡力的情况下。本发明提供了一种针对电荷共享及空穴俘获光谱尾部问题的新型解决方案。
指导我们研发出本发明的原理依赖于对CdZnTe检测器中光子相互作用以及像素化CdZnTe检测器中信号形成的特有的深入理解。然而，也可以更清楚地理解本发明。当伽马光子入射在像素化CdZnTe检测器上时(优选地是从阴极侧入射)，光子可以在光电相互作用中沉积其剩余能量之前执行康普顿散射零次或多次。这些相互作用可以发生在单个像素内或多个像素内。相互作用直接转换为电子和空穴的电荷云。检测器处于电场的影响下，通常约为每毫米100伏，同时像素化阳极处于地电位，而典型的单片阴极处于高负电压。因此，空穴朝向阴极加速，电子朝向像素化阳极加速。由于空穴迁移率通常远远小于电子迁移率，因此，扫描空穴所需的时间比扫描电子的时间更长，并且空穴更有可能被俘获在晶体缺陷中。当像素小于检测器的厚度时，设备会因为“像素效应小”的缘故对电子比对空穴更敏感。
当电子云接近阳极时，在多个阳极上检测到感应电压。当电荷云到达阳极面时，在一个或多个像素上收集电荷。然后，检测到感应电压的任何相邻像素将会检测到相反极性的电压，这样使得任何非电荷收集像素的随时间变化的积分将为零。因此，有多种方式可以在多个像素之间共享信号：当电子电荷云与几个像素发生重叠时可以共享电荷；由于康普顿散射或k-逃逸x射线的缘故，光子相互作用可能已经出现在了若干像素中；可以在多个相邻像素上检测到瞬态感应电压。当然，在阴极上收集空穴电荷，并且此信息可用于估计入射光子的相互作用深度。不过，本发明明确不会使用任何阴极信号来确定光子相互作用的特征。此外，本发明仅使用阳极像素信号的正负峰值幅度，而不要求对整个像素信号波形实施数字化。这是一种极大的简化，使得相互作用特征的确定变成了相对简单的事情，即将来自多个阳极像素的峰值信号幅度的信息进行组合。
与任何设备一样，存在着对检测器上信号的位置和能量进行确定的问题。光子或粒子可以进入接收成像单元，这样一来，入射光子或粒子与成像单元材料的相互作用导致在多个像素或检测区域处产生信号。在按照成角度的轨迹进入成像单元的光子的示例中，可能会出现此问题。进入检测单元的光子可以撞击一个或多个像素。换言之，光子可以以一定角度进入检测器，并在光子轨迹终止之前通过像素检测区域或多个像素区域。这在确定相互作用的确切位置及强度时导致了称为视差的问题。因此，所产生的图像可以包括指示出实际上没有发生的像素相互作用的位置的图像。在医疗环境中，不能通过许多像素确定接收能量信号的成像设备可以向医疗保健专业人员提供不完整或错误的数据。
当前系统可能难以将检测到的电荷归因于正确的相互作用，从而导致精度较低的图像。目前，许多成像设备依赖于来自各个像素的单个或多个信号来识别相互作用的位置。成像技术可以从来自成像设备的检测单元的各个像素获取信号。通过这种方式，成像单元可以接收所接收信号的“像素化”图像。因此，一个中心像素可以具有高值，相邻像素可以具有低值。然而，在成像技术中可能会丢失相邻像素值如何与中心像素值相关的数据。例如，当光子进入成像检测单元时，光子可以与多个像素相互作用，由此产生来自与之相互作用的所有像素的信号。例如，具有主要相互作用的像素可以提供信号，该信号表示：像素从光子接收最大能量，并且相邻像素可以具有更小的能量值。然而，可能难以确定出像素区域中光子撞击的确切位置。相邻像素的数据丢失降低了成像单元的分辨率。成像单元的较低分辨率可能会导致医护效率的降低。例如，患者可能需要进行进一步的成像，可能会错过诊断，成像会话可能会更长，成本可能会上升等。
另外，为了确定像素相互作用的确切位置(例如，不仅是二维位置，还有三维深度位置)，传统系统需要使用像素化阳极和(通常是非像素化的)阴极信号。这些信号可以是相关的，并且根据信号的相对强度和/或时机，可以确定出相互作用发生的深度。由于需要高偏置电压去耦电路，捕获阴极信号对于某些检测器系统来说可能是非常困难的，特别是对于更大的成像系统来说。换句话说就是，只要成像系统较小，就能够确定或捕获阴极信号，但是，一旦成像系统的尺寸有所增加，就很难捕获来自阴极的信号。
因此，实施例提供了一种使用来自相邻阳极像素的信号的系统和方法，其可以实现对相互作用的深度或与相互作用相关联的其他特征的识别。能够在没有捕获来自阴极的信号的情况下确定相互作用的深度。相反，该系统不仅使用来自相互作用的中心像素的阳极信号，而且还使用来自也接收了能量信号的相邻像素的阳极信号。在实施例中，成像系统可以包括光子像素阵列，该光子像素阵列包括具有多个阳极像素的第一侧和具有与第一侧相对的电极(阴极)的第二侧。光子像素阵列可以接收可以与阵列的一个或多个像素相互作用的入射光子。在实施例中，该系统和方法可以识别与相互作用相关联的多个像素(例如，被称为中心像素的相互作用的主像素)以及还可以提供能量信号的相邻像素。在实施例中，中心像素和相邻像素中的每一个提供对相互作用的响应或信号。在实施例中，可以确定相互作用的特征，例如，相互作用的位置(包括深度)、时间特征、能量特征等。
这种系统和方法提供了对当前成像技术的技术改进。本文描述的实施例不要求来自于检测器的阴极和阳极的信号，而是从中心阳极像素和相邻阳极像素两者捕获信息。通过使用这些值，系统可以识别出相互作用的深度，进而提供如下的系统和方法：该系统和方法能够更准确地识别与相互作用有关的特征，从而提供分辨率更高的图像，不再需要可能难以获得的阴极信号。系统可以使用来自相邻阳极的信号，这可以解释在中心像素与邻居之间共享的电荷。通常情况下，可能不会把这些共享事件计算在内。该信息可以进行重新组合并且可以校正与相互作用有关的特征。通过校正与相互作用有关的特征，可以提高能量分辨率。这些改进对于医学成像、降低成像试剂的患者剂量、缩短检查/手术时间等来说可能是至关重要的。
参考附图将最佳地理解所示出的示例性实施例。以下描述仅意图作为示例，并且仅示出了某些示例性实施例。
从多个像素获得相互作用特征的一个实施例适用于智能手机、平板电脑等，这些设备普遍都包括有像素化光学摄影相机和像素化图像的显示器。虽然可以在信息处理设备中利用各种其他回路、电路或组件，但是，就智能电话和/或平板电路100而言，图1中所示的示例包括例如存在于平板电脑或其他移动计算平台中的片上系统设计。软件和处理器被组合在单个芯片110中。处理器包括内部算术单元、寄存器、高速缓冲存储器、总线、I/O端口等，这是本领域所公知的。内部总线等依赖于不同的供应商，但基本上所有外围设备(120)可以附接到单个芯片110。电路100将处理器、存储器控制和I/O控制器集线器全部组合到单个芯片110中。此外，这种类型的系统100通常不使用SATA或PCI或LPC。例如，Common接口包括SDIO和I2C。
存在有电力管理芯片130(例如，电池管理单元BMU)，其管理例如经由可再充电电池140供应的电力，而可再充电电池140可以通过连接到电源(未示出)而进行再充电。在至少一种设计中，单个芯片(比如110)用于提供类似BIOS的功能和DRAM存储器。
系统100通常包括用于连接到各种网络的WWAN收发器150和WLAN收发器160中的一个或多个，所述网络例如电信网络和无线互联网设备(例如接入点)。此外，通常包括了设备120，例如，诸如相机之类的图像传感器。系统100通常包括用于数据输入和显示/再现的触摸屏170。系统100通常还包括各种存储器设备，例如，闪存180和SDRAM 190。本文描述的组件可以适用于成像设备。
图2描绘了信息处理设备回路、电路或组件的另一示例的框图。图2中描绘的示例可以对应于计算系统，比如，个人计算机、膝上型计算机或者其他设备(可以包含从像素化数码相机(这些设备普遍地包括)的多个像素获得相互作用特征)。根据本文描述显而易见的是，各实施例可以包括图2中示出的示例的其他特征或仅某些特征。
图2的示例包括所谓的芯片组210(一组集成电路或芯片，它们一起工作，称为芯片组)，芯片组210的架构可以根据制造商而变化(例如，INTEL、AMD、ARM等)。INTEL是英特尔公司在美国和其他国家的注册商标。AMD是AMD公司在美国和其他国家的注册商标。ARM是安谋国际科技公司在美国和其他国家的未注册商标。芯片组210的架构包括经由直接管理接口(DMI)242或者链路控制器244交换信息(例如，数据、信号、命令等)的I/O控制器集线器250和核心和存储器控制组220。在图2中，DMI 242是芯片到芯片的接口(有时被称为“北桥”与“南桥”之间的链路)。核心和存储器控制组220包括经由前端总线(FSB)224交换信息的一个或多个处理器222(例如，单核或多核)和存储器控制器集线器226；需要注意的是，组220的各组件可以集成在取代传统“北桥”式架构的芯片中。一个或多个处理器222包括内部算术单元、寄存器、高速缓冲存储器、总线、I/O端口等，这在本领域中是公知的。
在图2中，存储器控制器集线器226与存储器240相接(例如，以提供对可以被称为“系统存储器”或“存储器”的RAM类型的支持。)存储器控制器集线器226还包括用于显示设备292(例如，CRT、平板、触摸屏等)的低压差分信号(LVDS)接口232。块238包括可以经由LVDS接口232得到支持的一些技术(例如，串行数字视频、HDMI/DVI、显示端口)。存储器控制器集线器226还包括可以支持离散图形236的PCI-express接口(PCI-E)234。
在图2中，I/O集线器控制器250包括SATA接口251(例如，用于HDD、SDD等，280)、PCI-E接口252(例如，用于无线连接282)、USB接口253(例如，用于诸如数字转换器、键盘、鼠标、相机、电话、麦克风、存储器、其他连接设备之类的设备284)、网络接口254(例如，LAN)、GPIO接口255、LPC接口270(用于ASIC 271、TPM 272、超级I/O 273、固件集线器274、BIOS支持275以及各种类型的存储器276(比如，ROM 277、闪存278和NVRAM 279))、电力管理接口261、时钟发生器接口262、音频接口263(例如，用于扬声器294)、TCO接口264、系统管理总线接口265以及SPI闪存266(其可以包括BIOS268和启动代码290)。I/O集线器控制器250可以包括千兆位以太网支持。
系统在通电时可以配置为执行BIOS268的启动代码290(存储在SPI闪存266内)，并且随后在一个或多个操作系统和应用软件(例如，存储在系统存储器240中)的控制下对数据进行处理。操作系统可以存储在各个位置中的任何位置并且可以例如根据BIOS268的指令进行访问。如本文所述，设备可以包括比在图2的系统中示出的更少或更多的特性。
例如，如图1或图2中所示，信息处理设备电路可以用在各种设备中，比如，平板电脑、智能电话、一般性的个人计算机设备和/或用户可以在本文所述的系统中使用或与本文所述的系统一起使用的电子设备。例如，图1中所示的电路可以在平板电脑或智能电话实施例中实现，而图2中所示的电路可以在个人计算机实施例中实现。
参考图3，各种实施例的像素化检测器和/或伽马相机可以作为不同类型的成像系统的一部分而提供，例如，诸如正电子发射断层扫描(PET)成像系统、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像系统和/或x射线成像系统和x射线计算机断层扫描(CT)成像系统之类的核医学(NM)成像系统。例如，图3是根据各种实施例而构造的医学成像系统310的示例性实施例的透视图，在本实施例中，医学成像系统310是SPECT成像系统。系统310包括集成台架312，集成台架312还包括围绕台架中心孔332定向的转子314。转子314配置为支撑一个或多个NM像素化相机318(示出了两个相机318)，例如但不限于伽玛相机、SPECT检测器、多层像素化相机(例如，康普顿相机)和/或PET检测器。应当注意的是，当医学成像系统310包括CT相机或x射线相机时，医学成像系统310还包括用于朝向检测器发射x射线辐射的x射线管(未示出)。在各种实施例中，相机318由像素化检测器形成，如本文更详细描述的。转子314还配置为围绕检查轴线519轴向地旋转。
患者台320可以包括与床支撑系统324滑动联接的床322，床支撑系统324可以直接联接到地板，或者可以通过联接到台架312的基座326来联接到台架312。床322可以包括与床322的上表面330滑动联接的担架328。患者台320配置为便于患者(未示出)进入和离开与检查轴线319基本上对齐的检查位置。在成像扫描期间，可以对患者台320进行控制，以使床322和/或担架328轴向地移入和移出孔332。成像系统310的操作和控制可以以本领域已知的任何方式进行。应当注意，各种实施例可以结合包括旋转台架或固定台架的成像系统来实现。
现参考图4，图4示出了描述成像系统450的框图，成像系统450具有根据各种实施例而配置的安装在台架上的多个像素化成像检测器和/或伽马相机。应注意的是，成像系统也可以是多模态成像系统，比如，NM/CT成像系统。被示为SPECT成像系统的成像系统450通常包括安装在台架456上的多个像素化成像检测器452和454(示出了两个)。应当注意，可以提供附加的成像检测器。成像检测器452和454相对于台架456的孔460中的患者458位于多个位置(例如，以L模式配置，如图所示)。患者458被支撑在患者台462上，由此可以获得特定于患者458内的感兴趣结构(例如，心脏)的辐射或成像数据。应当注意，尽管成像检测器452和454被配置为进行台架456的可移动操作(在方位角周围、径向向内或向外、绕轴线可旋转、围绕枢轴可倾斜等)，但是在某些成像系统中，成像检测器固定地联接到台架456并且处于固定位置，例如，处于PET成像系统(例如，成像检测器的环)中。还应注意的是，成像检测器452和454可以由如本文所述的不同材料形成，并且以本领域已知的不同配置来提供，例如平板或曲板。
可以在成像检测器452和454中的一个或多个的辐射检测面(未示出)前方提供一个或多个准直器。成像检测器452和454获取可以由像素的x及y位置和成像检测器452和454的位置限定的2D图像。辐射检测面(未示出)指向例如患者458，患者458可以是人类患者、动物、机场行李等。
控制器单元464可以控制患者台462相对于成像检测器452和454的移动和定位以及成像检测器452和454相对于患者458的移动和定位，从而在成像检测器452和454的视野(FOV)内定位患者458的期望解剖结构，这可以在获取感兴趣的解剖结构的图像之前执行。控制器单元464可以具有台控制器465和台架电机控制器467，它们各自可以自动地接受处理单元468的命令，由操作员手动控制，或其组合。台控制器465可以移动患者台462，从而相对于成像检测器452和454的FOV定位患者458。附加地或可选地，成像检测器452和454可以相对于患者458移动、定位或定向，或者可以在台架电机控制器467的控制下围绕患者458旋转。
可以将成像数据组合并重建成图像，该图像可以包括2D图像、3D体积或随时间变化的3D体积(4D)。
数据采集系统(DAS)470接收由成像检测器452和454产生的模拟和/或数字电信号数据，并对数据进行解码，用于后续处理，如本文更详细描述的。图像重建处理器472从DAS470接收数据，并使用本领域已知的任何重建过程来重建图像。可以提供数据存储设备474以存储来自DAS 470的数据或经过重建的图像数据。还可以提供输入设备476来接收用户输入，并且可以提供显示器478来显示经过重建的图像。电荷位置确定模块480可以提供每个伽马光子与像素化成像检测器452和454相互作用的x和y位置。在实施例中，可以确定相互作用深度z位置。
在实施例中，成像设备可以安装在进行安全扫描的位置。例如，设备可以位于机场安全检查站、行李安检位置等。设备可以包括多个x射线源和多个像素化光子检测器阵列。在实施例中，成像设备可以是永久性锚定的、可移动的或完全便携式的。例如，成像设备可以是由第一响应人员、安保人员或评估团队使用的手持式设备。设想到了且公开了安全环境之外的其他用途。如本领域技术人员应理解的，医疗保健成像和安检仅仅是示例。本文描述的技术的其他可能应用是可能的并且是可以想到的。
在实施例中，接收设备可以包含对放射性粒子或光子敏感的传感器。接收设备可以在位于接收设备中的传感器阵列上记录通信事件(也称为相互作用)。可以将阵列中的每个传感器表示为最终图像中的像素。在成像过程中，光子或粒子可能会撞击一个或多个像素检测单元。在实施例中，从一个或多个像素检测单元接收到的信号可以用来确定光子相互作用的特征。在医疗保健环境中，这样做可以允许医疗保健专业人员在更短的时间内实现更好的成像并向患者施用更少的放射性标记，这样便可以带来更出色的治疗方案并降低医疗成本，例如，可以实现更好的分辨率并且可以缩短成像会话的持续时间。
现参考图5，成像设备的实施例可以处于医疗保健环境、安检、制造或可以利用成像设备的任何应用中。例如，成像设备可以是放射成像设备，其中放射性物质(由粒子或光子组成)透射或注射到患者体内并且从患者体内发出。另一示例可以包括出于安全目的对辐射或其他感兴趣材料进行扫描的机场或入境口设备。第一响应人员可以使用成像设备的另一个示例来确定环境条件和/或位置的安全性。设想到了并公开了其他用途。
在501处，实施例可以接收或捕获在光子检测器像素阵列内发生的相互作用。接收或捕获相互作用可以包括从一个或多个像素检测单元接收指示已经发生相互作用的一个或多个信号。出于可读性的考虑，这里的讨论将光子称为引起相互作用并产生信号的物体。然而，应该理解的是，物体可以包括光子、任何光谱的光、放射性粒子，或者检测单元能够检测到的任何类型的能量。光子检测器像素阵列可以是一个或多个像素检测器单元。光子检测器像素阵列可以以任何配置进行组织，例如网格式、积木式、散置式图案等。光子检测器像素阵列可以在平面、曲面等中进行定向。换言之，光子检测器像素阵列可以按照适合于检测来自发射源的相互作用的方式进行布置，并且对于不同的应用来说可以是不同的。例如，来自发射源的光子可以与光子像素阵列上的一个或多个像素相互作用，作为医疗环境中成像单元的一部分。
在实施例中，像素(图片元素)指的是可以仅是成像区域的子集的成像硬件表面上的离散位置。来自单个或多个像素的数据或通信可以用于将图像形成为一个或多个像素的合成物。成像设备可以使用许多方法来检测来自像素的通信事件。例如，在消费级相机中，像素表示由像素检测到的可见光的强度和波长。作为另一示例，在癌症筛查、辐射检测器等中使用的放射成像设备采用的是由源发射的一种原子粒子或光子，并且可以通过具备相关电路的传感器进行测量，进而提供所检测到的放射性粒子或光子的位置和强度(或计数密度)。通过使用来自像素的通信事件，可以基于来自像素的通信事件的位置、强度和能量或波长来创建图像。换句话说，实施例可以使用在成像期间从像素发送的信号来基于信号中包含的信息来创建图像。可以从多个像素收集数据，创建出更大面积的图像。
在具有半导体检测器材料的实施例中，光子检测器像素阵列可以具有金属电极沉积在半导体检测器晶体上的两侧。第一侧可以包括多个像素(也称为像素化侧)，该多个像素可以以网格图案进行布置。这一侧可以耦合到读出电子器件，而读出电子器件可以捕获来自像素化侧的信号。在CdZnTe或CdTe的情形下(其中电子迁移率远远大于空穴迁移率)，像素化侧可以是阵列的阳极侧并提供阳极信号。在某些配置下，这一侧可以连接到地电位。在实施例中，检测器像素阵列的第二侧可以与第一侧基本上相对，例如，在厚片状检测器的情况下，第一侧可以是底侧，而第二侧可以是顶侧，通常是伽马光子可以入射到检测器上的一侧。检测器像素阵列的该第二侧可以是阴极并且可以连接到负电压偏置。
在502处，实施例可以识别与光子的相互作用相关联的多个像素。例如，当光子与检测器相互作用时，一个或多个像素产生与该相互作用相对应的信号。作为示例，当光子移动通过像素阵列时，光子与不同的像素相互作用。然后，这些像素中的每一个像素生成表示某种形式的相互作用或接触的信号。在实施例中，可以识别中心像素。该中心像素可以与光子的“静止”位置相关联，例如，光电相互作用的位置。换句话说，光子已停止移动通过像素阵列。可以使用一个或多个特征来执行中心像素的识别。例如，中心像素可以被识别为从光子事件检测到的具有最高能量的像素。然而，中心像素可能并不表示由光子相互作用检测到的具有最高能量的像素。作为示例，如果两个像素共享相同程度的相互作用，则它们可以提供相同的最高能量值。在这种情况下，像素可以简单地表征为中心像素。
除了中心像素之外，系统还可以识别一个或多个相邻像素。在实施例中，一个或多个识别出的相邻像素可以相对于中心像素位于任何物理位置处。换句话说就是，相邻像素不一定是中心像素的直接邻居。而是，一个或多个相邻像素可以被识别为从光子接收能量的像素，该能量小于由中心像素接收到的能量。换言之，当光子移动通过像素阵列时，它可以例如通过康普顿散射与除中心像素之外的像素相互作用。这些像素可以被识别为相邻像素。该一个或多个相邻像素可以相对于中心像素处于任何类型的配置下。例如，相邻像素可以处于围绕中心像素的“环形”配置下。作为另一示例，一个或多个相邻像素可以位于中心像素的一侧或多侧。作为最后的示例，相邻像素可以是与中心像素相邻的单个像素。每个相邻像素可以具有相对于彼此和/或中心像素的不同信号。换言之，来自相邻像素的每个信号相对于其他相邻像素和/或中心像素可以是相同的、不同的或其组合。
例如，参考图6，在加号(“+”)601处示出了相互作用。这种相互作用表示光子的“静止”2D位置。中心像素602是相对于光子相互作用提供最高能量信号的像素。由603(但不是全部)表示的相邻像素指示出提供了能量信号但不如中心像素602那样出色的像素。不同的灰色阴影指示出在不同像素处检测到的不同能量等级。换句话说，中心像素602由最暗的灰色表示，由此指示出最高能量信号。相邻像素603的较浅的灰色阴影表示接收到了能量信号，但是其值却小于中心像素602。
在503处，实施例可以识别出是否可以确定相互作用的特征。系统可以确定关于相互作用的许多不同特征，例如，特征可以包括时间、位置(可能包括深度)、能量等。为了确定特征，系统可以从一个或多个像素(例如，中心像素和相邻像素)接收信号。例如，光子可能不以入射直角进入检测器像素阵列。因此，当光子穿过检测器时，光子可以与一个以上的像素相互作用。换句话说，当光子进入检测器像素平面时，相互作用可以与一个或多个相邻像素“共享”特征(即，能量)。可以使用不仅从中心像素接收到的信号而且还从相邻像素接收到的信号来确定不同的特征。系统可以使用这些信号来直接地识别特征，或者可以将这些信号归因于来自其他像素的信号。系统可以同时或者在不同时间确定一个或多个特征。
在实施例中，所确定的特征可以包括相互作用的深度。在实施例中，可以通过如下方式来确定相互作用的深度：首先识别两个或多个维度的多维空间(包括沿多根轴线的峰值信号幅度响应)：1)中心像素的正极性，2)相邻像素的正极性，并且可选地，3)相邻像素的负极性。下一步是识别此多维空间内的一个或多个聚类，这些聚类表示像素间电荷共享或空穴俘获的一种或多种机制，而这是与深度相关的。
这些信号中的每一个信号还可以具有相关联的幅度，该幅度表示例如信号的相互作用能量。因此，来自像素的信号可以包括具有正极性信号的峰值幅度和负极性信号的峰值幅度的信号。通过使用来自中心像素和相邻像素的这些信号，系统可以例如通过在多维空间中聚类这些信号来确定出相互作用的深度。如上所述，本文描述的系统和方法仅捕获来自检测器的阳极部分的峰值幅度信号。因此，通过分析并关联来自所有像素(例如，中心像素和相邻像素)的正负极性信号的幅度峰值，系统可以确定出相互作用所发生的深度。因此，系统可以确定出位置特征，其中包括相互作用的深度。
除了来自中心像素的信号之外，系统还可以使用来自一个或多个相邻像素的信号来确定其他特征。例如，除了中心像素之外，使用来自一个或多个相邻像素的信号可以实现关于特征(诸如时间、位置、能量等)的更出色的分辨率。除了将来自相邻像素的信号与中心像素的信号一起加以考虑之外，可以使用常规技术来完成针对这些特征中的某些特征的确定，如此便提供了对特征的更精确或准确的确定。
例如，系统可以确定相互作用相对于二维位置的位置，这比传统系统和方法更加精确。例如，光子与相邻像素的相互作用可以调整光子的位置到子像素分辨率，而不仅仅是像素分辨率。作为示例，参考图6，相互作用601相对于像素的假想中心线出现在中心像素602的右侧。通过使用来自相邻像素的信息，系统可以识别出该相互作用601发生在中心像素602的右侧，而不是仅仅识别出相互作用601发生在中心像素602处。例如，通过识别来自相邻像素的信号，系统可以确定出与其他相邻像素相比哪些相邻像素具有更高的信号。由于更靠近相互作用的像素将具有更高的信号，因此，如果相互作用发生在偏离中心的位置处，则更靠近相互作用的相邻像素将比距离相互作用更远的像素提供更高的信号。因此，通过识别哪些像素具有更高的信号，系统可以确定出相互作用发生在像素的哪一侧。
例如，系统可以使用加权平均来识别子像素位置信息。作为说明性示例，如果检测器像素阵列接收到了光子的相互作用(其中，一个相邻像素接收发生在中心像素之外的相互作用的2/3，而另一个相邻像素接收发生在中心像素之外的相互作用的1/3)，那么，系统可以通过沿中心像素对这两个相互作用进行加权来确定沿两个像素的中心线发生的事件的位置。换句话说就是，相互作用可以不落在像素区域的中心，并且相邻像素允许确定相互作用的光子的更精确位置。
作为更准确或更精确的特征确定的另一示例，系统可以确定相互作用的更精确的能量。当光子与像素相互作用时，相邻像素可以接收一部分相互作用。这被称为共享电荷。因此，系统可以将由相邻像素接收到的电荷归因于中心像素，由此提供相互作用的实际能量的更准确表示。为了提供这种更准确的表示，系统可以校正从中心像素接收到的能量值。此校正可以包括将一个或多个相邻像素的共享电荷添加到中心像素的响应。换句话说，如果像素阵列检测到光子的相互作用，则可以将相邻像素检测到的电荷添加到中心像素的电荷值。作为示例，如果光子与检测器像素阵列相互作用(其中，在中心像素处接收到80％的电荷并且在相邻像素处接收到20％的电荷)，则可以将相邻像素的20％电荷分配给中心像素。
另一个特征可以包括相互作用的时间。为了确定相互作用时间，系统确定相互作用的深度，如上所述。系统还确定多个响应的时间。然后，基于相互作用的深度以及响应的时间，系统可以确定多个像素提供响应所需的时间间隔。换句话说，如果系统知晓相互作用的深度以及接收响应的时间，则系统可以使用计算技术或算法(例如，飞行时间计算)来确定出相互作用实际发生的时间。。
如果在503处无法确定相互作用的一个或多个特征，则系统可以忽略掉相互作用并在501处接收与新的相互作用有关的信息。另一方面，如果系统在503处可以确定出一个或多个特征，则系统可以在504处记录与相互作用有关的数据。此记录数据可以进行实时分析或加以保存，以供后续分析。另外，所记录的数据可以由本文所述的系统用来生成物体的一个或多个图像，其中该物体是使用成像设备进行扫描。
因此，本文描述的各种实施例代表的是对可能需要针对成像材料的高灵敏度和分辨率的成像设备的技术改进。实施例允许使用多个相邻像素来确定光子的相互作用的特征。通过使用本文描述的技术(而不要求时间更长的成像会话和/或更高的放射剂量)，可以用更短的成像会话持续时间和/或更低的放射剂量来实现更完整的图像。这样的系统实现了更准确的成像、更少的设备停机时间以及更低的与成像过程相关的成本。
如本领域技术人员将理解的，各个方面可以体现为系统、方法或设备程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施例的形式，或者可以采取包括软件的实施例的形式，其中软件通常在此可以全部被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取在一个或多个设备可读介质中体现的设备程序产品的形式，该设备程序产品具有与其一起体现的设备可读程序代码。
应当注意的是，可以使用由处理器执行的存储在设备可读存储介质(比如，非信号存储设备)上的指令来实现本文描述的各种功能。例如，存储设备可以是电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适组合。存储介质的更多具体示例包括以下内容：便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或前述的任何合适组合。在本文献的上下文中，存储设备不是信号，“非暂时性”包括除信号介质之外的所有介质。
可以使用任何适当的介质来传输体现在存储介质上的程序代码，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或者前述的任何合适组合。
用于执行操作的程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来进行编写。程序代码可以完全在单个设备上执行、部分地在单个设备上执行、作为独立软件包执行、部分地在单个设备上且部分地在另一设备上执行或者完全地在另一设备上执行。在某些情况下，设备可以通过任何类型的连接或网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))进行连接，或者，可以通过其他设备(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)、通过无线连接(例如，近场通信)或者通过硬线连接(例如，通过USB连接)实现连接。
在此参考附图描述了示例性实施例，这些附图示出了根据各种示例性实施例的示例性方法、设备和程序产品。将会理解的是，动作和功能可以至少部分地由程序指令实现。可以将这些程序指令提供给设备的处理器、专用信息处理设备或其他可编程数据处理设备以产生机器，由此使得经由设备的处理器执行的指令实现指定的功能/动作。
值得注意的是，尽管在附图中使用了具体的框并且已经示出了框的特定排序，但是这些都是非限制性示例。在某些上下文中，可以将两个或多个框进行组合，框可以分成两个或多个框，或者可以对某些框进行适当的重新排序或重新组织，这是因为明确示出的示例仅用于描述目的，而不应被解释为具有限制性。
如本文所用，除非另有明确说明，否则，单数“一个(a)”和“一个(an)”可以被解释为包括复数“一个或多个”。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开，但是，本公开并不旨在是穷举性的或限制性的。对于本领域的普通技术人员来说，许多修改和变化都是显而易见的。选出并描述示例性实施例是为了解释原理和实际应用，并且还使得本领域普通技术人员能够理解对具有适合于预期特定用途的各种修改的各种实施例的公开。
因此，尽管在此已经参考附图描述了说明性示例实施例，但应该理解的是，此描述并不是限制性的，本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围或精神的前提下在其中作出各种其他改变和修改。

Claims (21)

1.一种使用多个像素确定相互作用特征的方法，包括：
接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应，其中所述光子检测器像素阵列包括多个像素；
识别所述多个像素中的与所述相互作用相关联的子集，其中所述多个像素的所述子集的每一个像素对应于所述多个响应中的至少一个；并且
根据所述多个响应来确定所述相互作用的特征，其中所述特征包括以下中的至少一个：所述相互作用的时间、位置和能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个像素包括中心像素和多个相邻像素，其中所述中心像素包括具有对所述相互作用的最高幅度响应的像素。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征包括所述相互作用的能量，其中确定所述相互作用的能量包括将所述多个响应相加。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述相互作用与入射光子或粒子相关联。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个像素的每个响应包括正极性峰值信号幅度和负极性峰值信号幅度中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述特征包括所述相互作用的位置，所述相互作用的位置包括所述相互作用的深度，其中确定所述相互作用的深度包括识别所述多个响应的峰值信号幅度的多维聚类。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述特征包括所述相互作用的时间，其中确定所述相互作用的时间包括确定所述相互作用的深度、确定所述多个响应的时间以及确定所述多个像素提供所述多个响应所需要的时间间隔。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征包括所述相互作用的位置，并且其中确定所述位置包括通过识别所述中心像素的相互作用响应量和至少一个相邻像素的相互作用响应量来确定所述相互作用的子像素位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个响应不对应于来自所述光子检测器像素阵列的阴极的响应。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述光子检测器像素阵列包括选自由以下组成的组的像素化半导体检测器阵列：CdZnTe、CdTe、HgI和Si。
11.一种使用多个像素确定相互作用特征的装置，包括：
光子检测器像素阵列，包括多个像素；
处理器，有效耦合到所述光子检测器像素阵列；
存储指令的存储器设备，所述指令能够由所述处理器执行以：
接收对在所述光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应；
识别所述多个像素中的与所述相互作用相关联的子集，其中所述多个像素的所述子集的每一个像素对应于所述多个响应中的至少一个；并且
根据所述多个响应来确定所述相互作用的特征，其中所述特征包括以下中的至少一个：所述相互作用的时间、位置和能量。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述多个像素包括中心像素和多个相邻像素，其中所述中心像素包括具有对所述相互作用的最高幅度响应的像素。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述特征包括所述相互作用的能量，其中确定所述相互作用的能量包括将所述多个响应相加。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述相互作用与入射光子或粒子相关联。
15.根据权利要求11所述的装置，其中所述多个像素的每个响应包括正极性峰值信号幅度和负极性峰值信号幅度中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述特征包括所述相互作用的位置，所述相互作用的位置包括所述相互作用的深度，其中确定所述相互作用的深度包括识别所述多个响应的峰值信号幅度的多维聚类。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述特征包括所述相互作用的时间，其中确定所述相互作用的时间包括确定所述相互作用的深度、确定所述多个响应的时间以及确定所述多个像素提供所述多个响应所需要的时间间隔。
18.根据权利要求11所述的装置，其中所述特征包括所述相互作用的位置，并且其中确定所述位置包括通过识别所述中心像素的相互作用响应量和至少一个相邻像素的相互作用响应量来确定所述相互作用的子像素位置。
19.根据权利要求11所述的装置，其中所述多个响应不对应于来自所述光子检测器像素阵列的阴极的响应。
20.根据权利要求11所述的装置，其中所述光子检测器像素阵列包括选自由以下组成的组的像素化半导体检测器阵列：CdZnTe、CdTe、HgI和Si。
21.一种使用多个像素确定相互作用特征的产品，包括：
存储代码的存储设备，所述代码能够由处理器执行并且包括：
接收对在光子检测器像素阵列内发生的相互作用的多个响应的代码，其中所述光子检测器像素阵列包括多个像素；
识别所述多个像素中的与所述相互作用相关联的子集的代码，其中所述多个像素的所述子集的每一个像素对应于所述多个响应中的至少一个；以及
根据所述多个响应来确定所述相互作用的特征的代码，其中所述特征包括以下中的至少一个：所述相互作用的时间、位置和能量。
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