CN110520760A

CN110520760A - 用于辐射检测器的像素设计

Info

Publication number: CN110520760A
Application number: CN201880015284.8A
Authority: CN
Inventors: 付赓; 芮雪; 金燕南; 郭建军; 彼得·迈克尔·伊迪克; 布莱恩·大卫·亚诺夫
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-11-29
Also published as: JP7053650B2; US20180259657A1; EP3596511B1; JP2020514740A; EP3596511A1; US10222489B2; WO2018169595A1

Abstract

本方法涉及使用在检测器面板的主像素之间提供的参考像素。可以采用符合电路或逻辑，使得由同一X射线事件产生的测量信号可以在检测器面板上的适当位置处正确地，即，在参考像素和主像素两者处测量的信号可以被组合，以便提供所述测量信号的准确估计。

Description

用于辐射检测器的像素设计

关于联邦资助研发的声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的合同号1UO1EB017140-01A1的政府支持下完成的。政府在本发明中有一定的权利。

背景技术

本文公开的主题整体涉及基于半导体的辐射检测器的使用。

非侵入式成像技术允许非侵入地获得受检者(患者、制造商品、行李、包裹或乘客)的内部结构或特征的图像。具体地，此类非侵入式成像技术依赖于各种物理原理(诸如X射线通过目标体积的差分传输或声波的反射)，以获取数据和构建图像或以其他方式表示受检者的内部特征。

例如，在基于X射线的成像技术中，X射线辐射跨越感兴趣的受检者(诸如人类患者)，并且一部分辐射影响收集强度数据的检测器。在数字X射线系统中，检测器产生表示影响检测器表面的离散像素区域的辐射的量或强度的信号。然后可以处理信号以生成可显示以供查看的图像。

在一种这样的基于X射线的技术(称为计算机断层摄影(CT))中，扫描仪可以在围绕被成像的受检者(诸如患者)的多个视角位置处投射来自X射线源的扇形或锥形X射线束。X射线束在其穿过对象时衰减并且由一组检测器元件检测，该组检测器元件产生表示检测器上的入射X射线强度的强度的信号。处理信号以产生表示对象的线性衰减系数沿X射线路径的线积分的数据。这些信号通常称为“投影数据”或仅称为“投影”。通过使用诸如滤波反投影的重建技术，可以生成表示患者或被成像对象的感兴趣区域的体积或体积绘制的图像。在医学背景中，然后可以从重建的图像或绘制的体积中定位或识别感兴趣的病理结构或其他结构。

在这些类型的成像技术中使用的辐射检测器可以能量积分模式(即，在获取间隔期间沉积的总积分能量的读出)或光子计数模式(检测并且计数每个单独的X射线光子)操作。能量积分是大多数临床应用中的X射线检测器的常规模式。然而，光子计数检测器相对于能量积分检测器提供其他益处，诸如改善的分辨率、通过对检测的光子进行最佳加权来改善对比度噪声比的能力、更好地描绘X射线束中材料的能力等。光子计数检测器可还根据它们的实施方式提供能量鉴别功能，使得每个检测到的光子可以基于其观察到的能量被表征或“合并”。

辐射检测器通常基于两种不同的物理原理操作。某些检测器采用闪烁中间体，其响应于X射线事件在X射线事件的位置处发射可见光子。然后可以使用已知的光电探测技术来检测和定位可见光子。替代地，检测器可以采用入射X射线到电信号的直接转换，诸如基于硅条或其他半导体材料(诸如碲化镉锌(CZT)或碲化镉(CdTe))的检测器，当半导体衬底本身暴露于X射线光子时，该检测器生成可测量的信号。然而，在这种直接转换情况下可能出现的一个问题是，与转换事件相关联的电荷云可能跨越多个检测器像素，这可能导致错误的测量。

发明内容

在一个实施方案中，提供了辐射检测器组件。根据该实施方案，辐射检测器组件包括：主像素阵列和参考像素阵列。每个参考像素邻近至少一个主像素。辐射检测器组件还包括与主像素阵列和参考像素阵列连通的检测电路。检测电路被配置成检测在时间上符合的主像素和参考像素中的信号。

在另一个实施方案中，提供了用于检测和校正辐射检测器中电荷共享事件的方法。根据该实施方案，该方法包括从主像素阵列和参考像素阵列中读出信号。每个参考像素邻近至少一个主像素。从相应参考像素读出的信号被检测到。符合逻辑被执行以识别与读出对应信号的相应参考像素相邻的相应主像素。来自相应的参考像素的信号和对应的信号被组合。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，其中相同的字符在整个附图中表示相同的部分，其中：

图1是根据本公开的各方面的被配置成获取患者的CT图像并且处理图像的计算机断层摄影(CT)系统的实施方案的示意图；

图2描绘了常规像素布置的侧视图；

图3描绘了根据本公开的各方面的重叠电荷云背景中的参考像素和主像素的侧视图；

图4描绘了根据本公开的各方面的在以参考像素为中心的电荷云的背景中参考像素和主像素的侧视图；

图5描绘了根据本公开的各方面的参考像素和主像素的二维布置的俯视图；

图6描绘了根据本公开的各方面的参考像素和主像素的另一个二维布置的俯视图；

图7描绘了根据本公开的各方面的参考像素和主像素的附加二维布置的俯视图；

图8描绘了根据本公开的各方面的具有抗散射准直器的参考像素和主像素的侧视图；

图9描绘了根据本公开的各方面的抗散射准直器和检测器的像素的俯视图；

图10描绘了根据本公开的各方面的抗散射准直器和检测器的像素的替代布置的俯视图；

图11描绘了根据本公开的各方面的抗散射准直器和检测器的像素的另一个布置的俯视图；

图12描绘了常规检测电路的示例；

图13描绘了根据本公开的各方面的被配置成检测和校正电荷共享的电路的示例；

图14描绘了根据本公开的各方面的结合电荷云的主像素和参考像素的示意图；并且

图15描绘了根据本公开的各方面的电荷体积比(V₁/V_tot)与线性重叠长度(h/R)的关系的曲线图。

具体实施方式

下面将描述一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方式特定的决策以实现开发人员的特定目标，诸如遵守可能因实施方式而异的系统相关和业务相关的约束。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制造和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除所列元件之外的其他元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在是非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。

虽然通常在医学成像背景下提供以下讨论，但应当理解，本技术不限于此类医学背景。实际上，在这种医学背景中提供示例和解释仅是为了通过提供实际实施方式和应用的示例来促进解释。然而，目前的方法可也用于其他背景，诸如对制造零件或货物的非破坏性检查(即质量控制或质量审查申请)，和/或对包裹、盒、行李箱等的非侵入式检查(即安全或筛选应用)。通常，在期望光子计数背景中的能量鉴别的任何成像或筛选背景中，本方法可以是期望的。

如本文所讨论的，本方法涉及使用在半导体(即直接转换)型检测器面板(诸如基于CZT、CdTe或硅的检测器)的主(即有源或读出)像素之间提供的参考或“共享”像素。具体地，参考像素的大小可以设计成防止典型的电荷云与两个主像素重叠。可还采用符合电路或逻辑，使得由同一X射线事件产生的测量信号可以正确地相关联，从而在参考像素和主像素两者处测量的信号可以被组合(例如求和)，以便在检测器面板上的适当位置提供准确的测量信号。以这种方式，可以实现电荷共享事件的光谱校正。

此外，如本文所讨论的，在某些实施方式中，共享或参考像素的测量信号可以用于将测量信号定位到小于完整主像素的某个位置，即子像素分辨率。例如，基于在特定参考像素处的检测事件，相邻主像素处的X射线事件可以被定位到主像素的空间子区域。以这种方式，可以获得子像素空间分辨率。

在采用抗散射准直器的某些实施方式中，本方法可能是有用的，因为参考像素通常可以定位在抗散射准直器下面的区域中，该区域通常针对X射线光子事件被屏蔽。以这种方式，参考像素可以用于获得归因于电荷共享事件的附加空间和能量信息。因此，抗散射准直器下面的区域可以用来获得有用的信号，而不是检测器面板上的死区。

考虑到前面的讨论，图1示出了根据本文讨论的结构和方法的成像系统10的实施方案，该成像系统10用于使用定位在主(即读出或有源)像素之间的参考(即“共享”)像素来获取和处理图像数据。在图示的实施方案中，系统10是计算机断层摄影(CT)系统，其被设计成获取X射线投影数据并且将投影数据重建成体积重建以用于显示和分析。CT成像系统10包括一个或多个X射线源12，诸如一个或多个X射线管或固态发射结构，其允许在成像阶段过程期间在一个或多个能谱下生成X射线。

在某些实施方式中，源12可以定位在滤波器组件或光束整形器22附近，其可以用于操纵X射线束20，限定X射线束20的高强度区域的形状和/或范围，控制或限定X射线束20的能量分布，和/或以其他方式限制患者24的不在感兴趣区域内的那些部分上的X射线暴露。在实践中，滤波器组件或光束整形器22可以合并在机架内，位于源12与成像体积之间。

X射线束20进入其中定位有受检者(例如，患者24)或感兴趣对象(例如，制造部件、行李、包裹等)的区域。受检者使X射线20的至少一部分衰减，从而导致已衰减X射线26，其撞击在由如本文所讨论的多个检测器元件(例如，像素)形成的检测器阵列28上。检测器28可以是能量积分检测器、光子计数检测器、能量鉴别检测器或任何其他合适的辐射检测器。作为示例，检测器28可以是能量鉴别光子计数检测器，其输出传送关于在测量位置处和对应于扫描或成像阶段的时间间隔内影响检测器的光子的数量和能量的信息。在一个实施方案中，检测器28可以是直接转换型检测器(即，不采用闪烁体中间体的检测器)，诸如基于CZT、CdTe或硅半导体材料的检测器，当半导体衬底本身暴露于X射线光子时，该检测器生成可测量的信号。

在描绘的示例中，检测器28邻近或以其他方式接近抗散射准直器18，抗散射准直器18通常由吸收或以其他方式阻挡X射线光子的材料制成。因此，防止了撞击抗散射准直器18的隔膜的X射线到达检测器28，诸如被反射、偏转或以其他方式相对于抗散射准直器18的隔膜成一角度移动的X射线。相反，从X射线源12沿相对直的路径行进的X射线光子不受抗散射准直器18的阻碍，并且到达检测器28。出于本文讨论的目的，从X射线源12的角度来看，检测器28在某些情况下可以被称为在抗散射准直器18下方或其“阴影”中。这种表征表示准直器18总是在X射线源12和检测器28之间并且X射线源12被视为“向上”和X射线照明源(不管实际取向或位置如何)的关系。然而，可以理解，这种表征不一定表示绝对位置或取向信息。

关于检测器28，如本文所讨论的，检测器28通常限定检测器元件阵列，当暴露于X射线光子时，每个检测器元件产生电信号。获取并且处理电信号以生成一个或多个投影数据集。在所描绘的示例中，检测器28联接到系统控制器30，该系统控制器命令获取由检测器28生成的数字信号。

系统控制器30命令成像系统10的操作以执行过滤、检查和/或校准方案，并且可以处理所获取的数据。相对于X射线源12，系统控制器30为X射线检查序列提供功率、焦点位置、控制信号等。根据某些实施方案，系统控制器30可以控制滤波器组件22、CT机架(或X射线源12和检测器28附接到的其他结构支撑件)的操作，和/或患者支撑件在检查过程中的平移和/或倾斜。

此外，经由马达控制器36，系统控制器30可以控制分别用于移动受检者24和/或成像系统10的部件的线性定位子系统32和/或旋转子系统34的操作。系统控制器30可以包括信号处理电路和相关联的存储器电路。在此类实施方案中，存储器电路可以存储由系统控制器30执行以操作成像系统10(包括X射线源12和/或滤波器组件22)并且根据本文讨论的步骤和过程处理由检测器28获取的数字测量值的程序、例程和/或编码算法。在一个实施方案中，系统控制器30可以被实现为基于处理器的系统的全部或部分。

源12可以由包含在系统控制器30内的X射线控制器38控制。X射线控制器38可以被配置成向源12提供功率、定时信号和/或焦点尺寸和光斑位置。此外，在一些实施方案中，X射线控制器38可以配置成选择性地激活源12，使得系统10内的不同位置处的管或发射器可以彼此同步或彼此独立地操作，或者在成像阶段期间在不同能量分布之间切换源。

系统控制器30可以包括数据采集系统(DAS)40。DAS 40接收由检测器28的读出电子器件收集的数据，诸如来自检测器28的数字信号。然后，DAS 40可以转换和/或处理数据以供基于处理器的系统(诸如计算机42)进行后续处理。在本文讨论的某些实施方式中，检测器28内的电路可以使检测器的模拟信号在传输到数据采集系统40之前转换为数字信号。计算机42可以包括一个或多个非暂时性存储器设备46或与其通信，该存储器设备可以存储由计算机42处理的数据、将由计算机42处理的数据、或者将由计算机42的图像处理电路44执行的指令。例如，计算机42的处理器可以执行存储在存储器46上的一个或多个指令集，该存储器可以是计算机42的存储器、处理器的存储器、固件或类似的实例。

计算机42可还适于控制由系统控制器30启用的特征(即，扫描操作和数据采集)，诸如响应于由操作员经由操作员工作站48提供的命令和扫描参数。系统10可还包括联接到操作员工作站48的显示器50，该显示器允许操作员查看相关的系统数据、成像参数、原始成像数据、重建数据(例如，软组织图像、骨图像、分割的血管树等)、材料基础图像和/或材料分解结果等。另外，系统10可以包括打印机52，该打印机联接到操作员工作站48并且被配置成打印任何期望的测量结果。显示器50和打印机52可也直接或经由操作员工作站48连接到计算机42(如图1所示)。另外，操作员工作站48可以包括或联接到图片存档和通信系统(PACS)54。PACS54可以联接到远程系统或客户端56、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)、或者内部或外部网络，使得不同位置处的其他人可以访问图像数据。

考虑到前面对整个成像系统10的讨论，本方法涉及使用位于检测器28的主像素或读出像素之间的参考像素，本文也称之为共享像素。为了讨论本方法，最初描述常规固态检测器中电荷共享的发生可能是有用的。作为示例，转到图2，常规的检测器面板28B被描绘为具有主像素电极70，该主像素电极70收集响应于吸收在半导体传感器材料90中的X射线光子72(示出为沿着虚线箭头朝向检测器28B行进)而生成的电荷信号。与传感器材料90的每个X射线相互作用可以与电荷云74相关联，电荷云74源自相应的X射线光子72相互作用。

电荷云在电场的影响下从大部分传感器材料90中的光子吸收位置传输到传感器的表面上的电极70。这些电极限定了每个单独像素的范围。由每个电极(像素)最终收集的电荷的比例取决于当电荷到达电极时与每个电极重叠的电荷的量。这样，电荷云可以在多个像素70之间被分割或共享。在该示例中，最右边的X射线光子将与远离边缘的像素70B相互作用，因此所产生的信号将仅记录在像素70B中。相反，最左边的X射线光子72将沿着边缘与像素70B相互作用，并且所产生的电荷云74将在像素70A和70B之间重叠。第二种情况导致所谓的电荷共享。在收集能谱的脉冲高度分析中，电荷共享产生两种独立的X射线的外观，这两种X射线的能量之和大约等于实际的X射线能量。因此，单个事件被误以为是两个独立的事件，如果正确记录，每个事件具有真实单个事件的一小部分能量。

现在转到图3和图4，根据本方法的各方面，参考像素80定位在每对主像素70之间。在该示例中，参考像素80在检测器28的表面上具有较小的面积。根据一个实施方式，参考像素80的大小被设计为近似于电荷云74的大小。也就是说，在该示例中，参考像素80的宽度可以对应于或稍微超过在给定成像(例如，X射线)应用中生成的电荷云74的已知或平均直径(例如，大约50μm)。结果，除了X射线与参考像素80的中心相互作用的罕见情况(如图4所示)，给定维度中的电荷共享事件通常将(如图3所示)在参考像素80和相邻的主像素70之间，而不是在两个相邻的主像素(例如，像素70A和70B)之间。

参考像素80和主像素70的布置的进一步解释可以受益于俯视图。作为示例，并且转到图5，示出了在二维阵列中参考像素80和主像素70的一种可能的布置。在该示例中，每个参考像素80恰好具有两个主像素70作为相邻像素。

转到图6和图7，在这些示例中，参考像素80被成形和/或大小设计成最大化总填充因子。作为示例，图6描绘了一个示例，其中一维中的参考像素80的大小被设计成延伸到像素之间的相交区域中并且基本上填充该相交区域。同样，在图7中，提供了一个示例，其中参考像素80被如此成形，使得每个参考像素部分地延伸到相交区域中，使得结合起来，参考像素基本上填充该相交区域。

转到图8，提供了结合抗散射准直器18提供的实施方式的示例。在这种配置中，由于准直器18阻挡了X射线光子，从而防止了检测器的屏蔽区域中的初级X射线事件，抗散射准直器18下方的检测器28的区域通常不会生成有用的信号。结果，在常规的方法中，在抗散射准直器下方的检测器28的区域可能作为检测器面板28上的死区而无效。

然而，在本方法的某些实施方式中，参考像素80通常位于抗散射准直器18的隔膜86下方。根据该实施方式，参考像素80的宽度可以等于或略大于相应隔膜18的对应宽度。然而，一般来说，参考像素80的大小被设计成防止在两个邻近的主像素70上发生电荷共享事件，因此通常具有至少对应于预期电荷共享事件的直径的宽度。也就是说，参考像素80的大小设计成当检测到X射线光子时，所有或大部分电荷共享事件由成对的主像素70和参考像素80共享，而不是成对的主像素。作为示例，在一个实施方式中，主像素70的宽度(从所描绘的侧视图看)可以是大约550μm，而参考像素80的宽度(从相同的视图看)可以是大约160μm。在另一示例中，参考像素80可以具有小于或等于主像素的宽度的一半的宽度，使得当暴露于相同的X射线通量时，参考像素中的计数率显著小于主像素的计数率。

在描绘的示例中，X射线与检测器28的半导体传感器90(例如，硅、CZT或CdTe)相互作用，产生电荷云74。相对于每个电荷云74提供竖直线，以便更好地可视化相应电荷云74与参考像素80和主像素70的关系。如在该示例中所示，尽管参考像素80定位在抗散射准直器18的隔膜86下方，并且因此被屏蔽了初级X射线相互作用事件，但是参考像素80仍然暴露于电荷共享事件74。

通过示出本概念，图8示出了第一电荷共享事件74A仅在主像素70A和参考像素80处产生信号。相反，第二共享事件74B仅在主像素70B和参考像素80处产生信号。由于对应隔膜86的存在，在参考像素80处不可能发生初级X射线相互作用，但是电荷共享事件74可以适当地归因于发生X射线事件的主像素70。

可以理解，如本文讨论的电荷共享校正不仅依赖于从存在共享电荷的每个像素获得测量信号，而且能够识别两个这样的信号是由与检测器传感器90的相同(即，单个)X射线相互作用产生的。也就是说，如果相邻的参考像素80和主像素70上的单独测量信号被确定为在时间上彼此足够接近地出现(即，在时间上符合)，则它们将仅指示电荷共享事件。通常不会检测到两个参考像素之间的符合。

考虑到这一点，本方法的一个方面是使用符合逻辑来识别电荷共享事件。这种逻辑可以被实现为专用集成电路(ASIC)的一部分，或者可由通用处理器或电路执行的例程，其中例程或ASIC被设置在检测器28的数据读出路径中。例如，这种ASIC或例程可以作为检测器28的一部分(诸如设置在检测器本身上的读出电路的一部分)提供，或者在DAS或其他检测器控制或读出部件上的检测器的下游提供。

作为示例，当从参考像素80读出信号时，可以触发这种符合逻辑(无论实现为ASIC还是可执行代码)。将理解，由于参考像素80与主像素70相比表面积相对较小，并且在某些情况下，由于参考像素80至少部分地定位在抗散射准直器18的隔膜下方，因此与较大的完全曝光的主像素70相比，参考像素80将生成较少的计数。因此，当在参考像素80处检测到事件时(如由从参考像素读出的信号所指示)，符合逻辑可以被触发，并且当被执行时，将检测哪个相邻的主像素70检测到在时间上足够接近的对应事件，从而归因于相同的X射线相互作用。然后，电荷共享事件可以归因于该主像素70，并且添加适当的信号。

在图9至图11中示出了符合分辨率的三个高级示例，每个示例描绘了具有定位在检测器上方的X射线阻挡隔膜86的抗散射准直器的俯视图。在这些示例中，参考像素80定位在隔膜86下方，因此不可见。相反，定位在隔膜70之间的主像素70可以在俯视图中看到。图9描绘了二维(2D)抗散射准直器(即网格)；图10描绘了一维(1D)抗散射准直器；并且图11描绘了2D抗散射准直器，其中隔膜86之间的空间以2×2像素阵列间距定位，而不是单个像素。

转到图9，在该示例中，根据这些主像素中的哪一个也在与相应参考像素相同的时间(或在时间上足够接近)检测到事件，在给定参考像素处检测到的信号将基于符合逻辑被解析到(例如，归因于)两个相邻主像素70A或70B中的一个，如箭头92所示。尽管在图9中仅示出了一维中的单个符合确定，但是也存在在垂直维度中延伸的参考像素，以解析另一维度中的电荷共享事件。

类似地，转到图10，在1D抗散射准直器示例中，根据这些主像素中的哪一个也在与相应参考像素相同的时间(或在时间上足够接近)检测到事件，在一个维度上在给定参考像素处检测到的信号将基于符合逻辑被解析到两个相邻主像素70A或70B中的一个，如箭头92所示。然而，与图9的示例不同，在第二维度中不存在隔膜和参考像素阻止电荷共享事件在第二维度中被解析。也就是说，每个主像素70只有两侧与参考像素80相邻。因此，与图9所示的实施方式相比，校正的精度降低，因为电荷共享事件可以仍然发生在主像素70之间。然而，能够校正在参考像素附近发生的那些电荷共享事件仍然有有益的效果。

转到图11，在该示例中，抗散射准直器的隔膜86不定位在每个单独像素周围，而是在主像素70的2×2阵列周围。在该实施方式中，如在图10的1D准直器示例中，每个主像素70只有两侧与参考像素80相邻。因此，如在前面的示例中，与图9所示的实施方式相比，校正的精度降低，因为在每个2×2像素阵列中，电荷共享事件可以仍然发生在主像素70之间。然而，能够校正在参考像素附近发生的那些电荷共享事件仍然有有益的效果。

关于符合检测的逻辑和电学实施方式，最初理解常规光子计数、能量鉴别检测电路的工作可能是有用的，图12中示出了该电路的示例。在该示例中，来自每个像素的电荷进入电荷敏感放大器、整形电路，有时还进入采样保持电路，它们总体地示出为U1。U1的输出是与所收集电荷的振幅成比例的电压。该电压被路由到一个或多个阈值比较器(这里表示为Th1至Th3)，每个阈值比较器将输入电压与参考电压(V_E1、V_E2和V_E3)进行比较。如果该电压超过参考电压，数字输出被激活，这导致计数器的相应寄存器递增1个计数。这样，输入的电荷脉冲根据它们的能量被计数。

相反，图13描绘了能够使用来自参考像素80的信号来检测和校正电荷共享的电路，如本文所讨论的。在图示示例中，电子通道(通道1至3)分别被分配给像素70A、80B和70B。有两种类型的通道，一种类型用于主(即常规)像素70(这里是通道1和3)，另一种不同类型的通道用于参考像素80(这里是通道2)。在该示例中，所有通道都配备有输入放大器/整形器(U1、U2、U3)和一组能量阈值(Th4至Th12)以及相关联的输出计数器。

在描绘的示例中，与参考像素80相关联的通道(即通道2)包括连接到参考像素放大器以及其邻近像素放大器(Th1至Th3)的3个触发比较器。触发阈值的参考电压被设置为低值(V_TRIG)，使得高于本底噪声的任何信号都足以触发比较器。

在描绘的实施方式中，触发阈值逻辑输出通过与门(A1和A2)连接到开关S1和S2。如果主像素70A和参考像素80都触发，则开关S1被设置为将延迟D1的输出与参考像素80信号的延迟版本一起连接到求和电路(SUM)。在这种情况下，通道1的能量阈值永远不触发。X射线事件仅通过通道2报告。该开关设置在图13中示出。

如果通道1触发，而通道2不触发，那么S1将D1连接到像素1的能量比较器和计数器。X射线事件通过通道1报告。如果通道2和3都触发，则发生对应的过程。

延迟电路D1和D3确保在模拟脉冲从U1或U3到达之前，开关S1或S2被设置到它们期望的状态。延迟D2确保来自U2的脉冲同时到达SUM。

虽然前面的示例示出了一维像素阵列，但是扩展到二维像素阵列是简单的。

除了电荷共享分辨率之外，如本文讨论的参考像素80的使用可也允许子像素空间分辨率。具体地，本文所讨论的电荷共享事件74的检测可以用于将事件定位在主像素上。结果，该子像素空间信息可以由重建算法用来提高成像分辨率。

作为示例，由参考像素80和相应的主像素70收集的电荷比例可以用于估计电荷云74的中心位置。如图14所示，估计从主像素70(具有间距p)的中心到电荷云74的中心的距离Δ×2将是有用的。

在该示例中，总电荷q与X射线的能量成比例。令q₁和q₂分别为在参考像素80和主像素70中收集的电荷。则

(5)E_tot∝q＝q₁+q₂。

电荷云74的半径R是X射线能量的函数，或者等同于总电荷的函数：

(6)R＝f(q)。

令V_tot为电荷云74的体积，并且令V₁为与参考像素80重叠的体积。则重叠部分与总体积的比率将为

(7)

其中，h是重叠的线性长度。电荷与参考像素和主像素重叠的比率，分别表示为V₁和V₂，可以写成：

(8)

转到图15，示出了电荷体积比(V₁/V_tot)与线性重叠长度(h/R)的关系的曲线图。由于该比率是单值的，比率的测量唯一地确定h。由于R和h是已知的，距主像素70的中心的距离可以计算为：

(9)

本发明的技术效果包括使用在半导体(即直接转换)型检测器面板的主像素之间提供的参考像素。参考像素的大小可以设计成防止典型的电荷云与两个主像素重叠。可还采用符合电路或逻辑，使得由同一X射线事件产生的测量信号可以在检测器面板上的适当位置正确地相关联(即，在参考像素和主像素两者处测量的信号可以被组合，以便提供测量信号的准确估计)。以这种方式，可以实现电荷共享事件的光谱校正。此外，参考像素的测量信号可以用于将测量信号定位到小于完整主像素的某个位置，即子像素分辨率。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种辐射检测器组件，包括：

主像素阵列；

参考像素阵列，其中，每个参考像素邻近至少一个主像素；和

检测电路，所述检测电路与所述主像素阵列和所述参考像素阵列连通，其中，所述检测电路被配置成检测在时间上符合的所述主像素和所述参考像素中的信号。

2.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，还包括：

抗散射准直器，所述抗散射准直器包括布置成一维或二维几何形状的X射线衰减隔膜，其中，所述抗散射准直器定位在所述参考像素阵列上方。

3.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述参考像素的面积小于所述主像素。

4.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路还被配置成组合被确定为符合和在彼此相邻的参考像素和主像素中测量的信号。

5.根据权利要求4所述的辐射检测器组件，其中，组合所述信号包括对所述信号求和。

6.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，所述检测电路还被配置成响应于在参考像素中检测到的信号来检测在时间上符合的信号。

7.根据权利要求6所述的辐射检测器组件，其中，来自所述参考像素的所述信号超过噪声阈值，以触发在时间上符合的信号的检测。

8.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述参考像素的宽度小于或等于所述主像素的宽度的一半，使得当暴露于相同通量的X射线时，所述参考像素中的计数率显著小于所述主像素中的计数率。

9.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述参考像素的宽度对应于由与所述辐射检测器组件的半导体传感器的X射线相互作用诱发的电荷云的直径。

10.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路被配置成根据是否检测到符合信号而将所述检测电路的输出信号与相应的参考像素或相应的主像素相关联。

11.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路包括用于主像素的第一类型通道和用于参考像素的第二类型通道。

12.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路包括用于每个主像素和每个参考像素的相应通道，并且其中，每个通道包括至少一个阈值比较器和相关联的数字计数器，并且其中，所述检测电路被配置成当X射线感应信号超过相应比较器的阈值时递增所述数字计数器。

13.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路包括用于每个主像素和每个参考像素的相应通道，并且其中，每个通道包括峰值检测电路和模数转换器，所述模数转换器被配置成输出代表X射线感应信号的数字信号。

14.根据权利要求1所述的辐射检测器组件，其中，所述检测电路被配置成通过组合来自相应主像素和相邻参考像素的信号来产生代表所述相应主像素和相邻参考像素之间吸收的X射线的相对位置的输出，从而产生子像素空间分辨率。

15.根据权利要求14所述的辐射检测器组件，其中，所述吸收的X射线的所述相对位置基于在所述相应的主像素和相邻参考像素中感应的信号的比例来确定。

16.一种用于检测和校正辐射检测器中电荷共享事件的方法，包括：

从主像素阵列和参考像素阵列读出信号，其中，每个参考像素邻近至少一个主像素；

检测从相应的参考像素读出的信号；

执行符合逻辑以识别与读出对应信号的所述相应的参考像素相邻的相应的主像素；以及

组合来自所述相应的参考像素的所述信号和所述对应信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述参考像素的面积小于所述主像素。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，组合所述信号和所述对应信号包括将所述信号和所述对应信号求和。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，检测从所述相应的参考像素读出的所述信号包括将所述信号与噪声阈值进行比较。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括：

基于所述信号与所述对应信号的比例来确定子像素空间分辨率。