CN112262326A - x射线检测器设计 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有多个x射线检测器子模块(21‑1、21‑2)的x射线检测器(20)。每个检测器子模块(21)是具有在至少两个方向上延伸的检测器元件(22)的阵列的侧向检测器子模块，其中，该方向中的一个在入射的x射线的方向上具有分量。检测器子模块(21)一个接一个地堆叠和/或并排布置。对于检测器子模块(21)的至少一部分，检测器子模块(21)被布置用于在相邻的检测器子模块(21‑1，21‑2)之间提供间隙，其中，间隙的至少一部分不线性地指向x射线源的x射线焦点。

Description

x射线检测器设计

技术领域

所提出的技术涉及x射线成像和x射线检测器以及对应的x射线成像系统。

背景技术

诸如x射线成像的射线照相成像已经在医疗应用和无损检测中使用了多年。

通常，x射线成像系统包括x射线源和x射线检测器。x射线源发出x射线，该x射线穿过要成像的物体或对象，并然后由x射线检测器配准。由于某些材料比其他材料吸收更多的x射线，因此会形成物体或对象的图像。

通常需要改进x射线检测器设计，并且需要提高图像质量和/或减少的辐射剂量。

发明内容

一个目的是提供改进的x射线检测器系统，简称为x射线检测器。

另一个目的是提供改进的x射线成像系统。

这些目的通过本发明的实施例得以实现。

本发明基本上涉及具有多个x射线检测器子模块的x射线检测器或x射线传感器，其中，每个检测器子模块是侧向(edge-on)检测器子模块，该侧向检测器子模块具有在至少两个方向上延伸的检测器元件的阵列，其中，这些方向之一在x射线的方向上具有分量。

通常，检测器子模块可以一个接一个地堆叠和/或并排布置。

对于检测器子模块的至少一部分，检测器子模块可以被布置为在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中该间隙的至少一部分不线性地指向x射线源的x射线焦点。

以此方式，可以确保在相邻的检测器子模块之间的交叉区中的任何点处的检测效率都不为零。这种新颖的设计提供了至少一个检测器子模块在检测器子模块之间的交叉区处的检测覆盖。

例如，检测器子模块可以优选地在与入射的x射线的方向大致垂直的方向上并排布置，并且相邻的检测器子模块之间的间隙的至少一部分与源自x射线焦点的任何x射线路径不一致，以在检测器子模块之间的间隙延伸处提供至少一个检测器子模块的检测覆盖。

可选地，相邻的检测器子模块可以共享相同检测器元件的信息和/或可以组合来自相邻的检测器模块的不同的检测器元件的输出信号。

举例来说，对于检测器子模块的至少一部分，相邻的检测器子模块可以具有在入射的x射线方向上至少部分重叠的检测区域。

可选地，对于检测器子模块的至少一部分，检测器子模块可以布置成允许穿过间隙区域中的两个相邻的检测器子模块的x射线被两个检测器子模块中的检测器元件检测。

例如，可以在随后的信号处理期间对源自x射线的两个相邻的检测器模块的检测器元件的输出信号进行组合，以进行光子计数。

作为示例，位于最靠近第一检测器子模块的间隙的至少一个检测器元件(即一个或多个边缘元件)在朝向焦点的方向上可以与至少一个检测器元件(其位于不最靠近第二检测器子模块的间隙，即不是一个或多个边缘元件)位于一条直线上。

检测器子模块通常可以并排布置，例如以略微弯曲的整体配置。

侧向检测器的具体示例是深度分段的x射线检测器，它在入射的x射线的方向上具有检测器元件的两个或多个深度分段。然而，应该理解，所提出的技术通常适用于所有类型的侧向检测器，包括分段和非分段的x射线检测器。

每个检测器子模块通常基于其中布置有检测器元件的基板，并且每个检测器子模块具有外部保护环结构，该外部保护环结构沿检测器子模块的侧面围绕检测器元件的阵列或矩阵。有时将x射线检测器子模块简称为x射线传感器。

发明人已经认识到，模块化的侧向x射线检测器系统的正常情况是，相邻的检测器子模块之间的物理间隙(由于制造中的实际考虑而产生)可能会产生没有检测功能的被动区或盲区(也被称为非检测区域)。同样，保护环结构也带来盲区。

因此，提供x射线检测器系统设计是有益的，该x射线检测系统设计增加了有效检测器区域和/或减少了整个检测器区域中的盲区。

减少这种盲区或至少减少由于具有这种区域而产生的效果对于提高图像质量非常有益。

一种可能的解决方案基于以下方式构造检测器子模块：当检测器子模块并排布置时，至少一个检测器子模块在子模块之间的间隙延伸处(交叉区)提供检测覆盖。

如所提到的，在总体设计中，检测器子模块可以并排构造和布置，使得两个相邻的检测器子模块之间的间隙的至少一部分不线性地指向x射线源(更具体地，x射线焦点)。

以此方式，完全不存在从x射线焦点到间隙的x射线束路径。该设计为间隙的至少一部分提供了相对于这种x射线束路径的具有非零角度的相邻的检测器子模块之间的间隙。

换句话说，检测器子模块以这样的方式构造：当它们在整体配置中并排布置时，实际上，所有入射的x射线都将穿过整个x射线检测器的有效检测区域的至少一部分。表示方式稍有不同，理想情况下，每个入射的x射线都将穿过检测器子模块的至少一部分并被其检测。

举例来说，对于检测器子模块的至少一部分，检测器子模块可以在计算机断层扫描(CT)系统的z方向上和/或在与z方向垂直的方向上并排布置。

此外，当检测器子模块在与z方向大致垂直的方向上并排布置时，(附加)检测器子模块也可以沿z方向一个接一个地堆叠。

可替代地，当检测器子模块大致在z方向上并排布置时，(附加)检测器模块也可以在与z方向大致垂直的方向上堆叠。

更一般地，并排意味着相邻的检测器子模块并排相遇，其中“并排”与整个保护环结构的一部分沿其延伸的子模块的一侧相对应。

换句话说，x射线检测器子模块通常是平面模块，并且对于检测器子模块的至少一部分，检测器子模块通常在检测器子模块的面内方向上并排布置。

从某种意义上说，如所提及，建议的设置可以视为一种配置，其中，对于至少部分检测器子模块，检测器子模块被布置为在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中，对于至少一部分间隙，该间隙相对于来自x射线焦点的x射线束路径具有非零角度。

举例来说，对于检测器子模块的至少一部分，检测器子模块的侧面或侧边缘可以是倾斜的侧面或边缘(相对于入射的x射线的方向)或侧边缘可以具有阶梯状的配置。

例如，检测器子模块可以具有梯形和/或平行四边形的几何形式。

在特别有益的示例中，x射线检测器是对光子计数的x射线检测器。

通常，期望将检测器元件布置在检测器子模块的基板上，使得入射的x射线有机会穿过尽可能多的检测器元件，以提供尽可能多的空间/能量信息。

举例来说，检测器元件可以是细长的电极或二极管，该电极或二极管具有指向x射线系统的焦点的长度延伸。

举例来说，检测器子模块可以是具有金属条的硅芯片。

x射线检测器子模块有时被称为x射线传感器或x射线传感器模块。

根据第二方面，提供了包括这种x射线检测器的x射线成像系统。

根据第三方面，提供了具有多个x射线检测器子模块的x射线传感器系统，其中，每个检测器子模块是侧向检测器子模块。检测器子模块并排布置，并且检测器子模块被布置为在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中，间隙的至少一部分与源自x射线源的x射线焦点的任何x射线路径不一致，以在检测器子模块之间的交叉区处提供检测器子模块中的至少一个检测覆盖。

举例来说，相邻的检测器子模块可以具有包括一个或多个检测器元件的检测区域，该检测区域在入射的x射线的方向上至少部分地重叠。

例如，检测器子模块可以是侧向硅传感器，该侧向硅传感器用电极成形和图案化，以允许它们在被彼此相邻放置时略微重叠。

当阅读以下描述时，将理解其他方面和/或优点。

附图说明

图1是示出整个x射线成像系统的示例的示意图。

图2是示出x射线成像系统的另一示例的示意图。

图3是示出针对三个不同的x射线管电压的检测到的能量谱的示例的示意图。

图4是示出光子计数机构的示例的示意图。

图5是根据示例性实施例的x射线检测器的示意图。

图6是示出根据示例性实施例的半导体检测器子模块的示例的示意图。

图7是示出根据另一示例性实施例的半导体检测器子模块的示例的示意图。

图8A是示出根据又一示例性实施例的半导体检测器子模块的示例的示意图。

图8B是示出一组平铺的检测器子模块的示例的示意图，其中，每个检测器子模块是深度分段的检测器子模块，并且从入射的x射线的方向看，ASIC或相应的电路布置在检测器元件下方。

图9是示出计算机断层扫描(CT)几何形状的示例的示意图。

图10是示出投影线的定义的示例的示意图。

图11是示出角度采样的示例的示意图。

图12是示出根据实施例的用于执行整个x射线成像系统的各种功能(例如图像处理)的计算机实现的示例的示意图。

图13A是示出包括多个检测器子模块的模块化x射线检测器的示例的示意图，这些检测器子模块例如相对于位于x射线焦点处的x射线源以略微弯曲的总体几何形状并排布置。

图13B是示出单独的x射线检测器子模块的示例的示意图。

图13C是示出包括并排布置并且还一个接一个地堆叠的多个检测器子模块的模块化x射线检测器的示例的示意图。

图14是示出布置有指向x射线系统的焦点的间隙的相邻的检测器子模块的示例的示意图。

图15是示出被设计和布置成使得间隙不线性地指向x射线源的相邻的检测器子模块的示例的示意图。

图16A至图16B是示出与检测器子模块的新颖设计的示例相比的检测器子模块的常规设计的示例的示意图。

图17是示出相邻的检测器子模块的另一示例的示意图，该相邻的检测器子模块被设计和布置成使得间隙不线性地指向x射线源。

图18是示出相邻的检测器子模块的又一示例的示意图，该相邻的检测器子模块被设计和布置成使得间隙不线性地指向系统的焦点。

图19至图21是示出轮廓设计的各种示例的示意图，其中，两个相邻的检测器子模块之间的间隙的至少一部分不指向x射线源。

图22是示出模块化的x射线检测器的替代配置和设计的示例的示意图。

图23A至图23D是示出各种几何构造的锥形边缘分段的示例的示意图。

图24是示出当尖端的半径相对较小时在电极尖端处的电场增强的示例的示意图。

图25A至图25B是示出针对两种不同尺寸的尖端半径的电极尖端处的电场增强的示例的示意图。

图26A至图26B是示出与锥形边缘分段相关的电极修改的不同示例的示意图。

图27A至图27C是示出用于锥形边缘分段的保护环选项的不同示例的示意图。

图28是示出利用非倾斜区域中的检测器元件之间的间隙来布置(重定向)从倾斜区域中的特定检测器元件的路由迹线以将其路由至读出电路的示例的示意图。

图29是示出利用边缘检测器元件及其相邻检测器元件之间的间隙将从特定边缘检测器元件的路由迹线路由至读出电路的示例的示意图。

图30是示出利用保护环结构与边缘检测器元件之间的间隙将从特定边缘检测器元件的路由迹线路由至读出电路的布置的示例的示意图。

图31A是示出在没有路由迹线的情况下的保护环结构与边缘电极之间的区域的截面的示例的示意图。

图31B是示出具有路由迹线的保护环结构与边缘电极之间的区域的截面的示例的示意图。

图32A是示出在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区的示例的示意图。

图32B是示出与图32A的配置相对应的像素条的像素增益响应的示例的示意图。

图33A是示出在第一配置示例中当一组准直仪被布置在检测器子模块的顶部上时，在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区的示例的示意图。

图33B是示出与包括第一配置示例的准直仪结构的图33A的配置相对应的像素条的像素增益响应的示例的示意图。

图34A是示出在第二配置示例中当一组准直仪被布置在检测器子模块的顶部上时，在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区的示例的示意图。

图34B是示出与包括第二配置示例的准直仪结构的图34A的配置相对应的像素条的像素增益响应的示例的示意图。

图35是示出与另一检测器深度分段的子模块(仅部分地示出)相邻布置的深度分段的检测器子模块的示例的示意图。

图36是示出并排布置的深度分段的检测器子模块的另一示例的示意图。

具体实施方式

参照图1，从示意性的整个x射线成像系统的简要概述开始可以是有用的。在该非限制性示例中，x射线成像系统100基本上包括x射线源10、x射线检测器20和相关的图像处理设备30。总体上，x射线检测器20被配置用于配准来自x射线源10的辐射，该辐射可能已经被可选的x射线光学器件聚焦并且穿过了对象或物体或其部分。x射线检测器20可经由合适的模拟处理和读出电子设备(可以集成在x射线检测器20中)连接到图像处理设备30，以使得能够通过图像处理设备30进行图像处理和/或图像重建。

如图2所示，x射线成像系统100的另一示例包括：x射线源10，发射x射线；x射线检测器20，在x射线穿过对象之后对该x射线进行检测；模拟处理电路25，处理来自检测器的原始电信号并将该电信号数字化；数字处理电路40，可以对所测量的数据进行进一步的处理操作(例如应用校正、临时存储或滤波)；计算机50，存储处理后的数据，并且可以执行进一步的后处理和/或图像重建。

整个检测器可被视为x射线检测器20、或与相关的模拟处理电路25组合的x射线检测器20。

包括数字处理电路40和/或计算机50的数字部分可以被认为是数字图像处理系统30，该数字图像处理系统30基于来自x射线检测器的图像数据执行图像重建。因此，图像处理系统30可以被视为计算机50，或者可替代地被视为数字处理电路40和计算机50的组合系统，或者如果数字处理电路还进一步专用于图像处理和/或重建，则可以被视为数字处理电路40本身。

常用的x射线成像系统的示例是计算机断层扫描(CT)系统，该计算机断层扫描系统可以包括产生x射线的扇形或锥形束的x射线源和用于配准透射穿过患者或对象的x射线的部分的相对的x射线检测器。x射线源和x射线检测器通常安装在围绕成像对象旋转的机架中。

因此，图2中示出的x射线源10和x射线检测器20因此可以被布置为CT系统的一部分(例如可安装在CT机架中)。

x射线成像检测器的挑战是从检测到的x射线提取最大信息，以向对象或物体的图像提供输入，其中对象或物体以密度、成分和结构来描述。使用胶片屏幕作为检测器仍然很常见，但是现在检测器最常见的是提供数字图像。

现代的x射线检测器通常需要将入射的x射线转换为电子，这通常通过光吸收或通过康普顿相互作用而发生，并且生成的电子通常会产生二次可见光，直到该二次可见光的能量消失，然后由光敏材料检测该光。还有一些检测器，它们基于半导体，且在这种情况下，由x射线产生的电子正在根据通过施加的电场而收集的电子-空穴对来产生电荷。

常规的x射线检测器是能量积分的，因此每个检测到的光子对检测到的信号的贡献与该光子的能量成正比，并且在常规CT中，针对单个能量分布获取测量值。因此，由常规CT系统产生的图像具有特定的外观，其中不同的组织和材料在特定范围内显示典型值。

存在以积分模式操作的检测器，在某种意义上，它们提供来自多个x射线的积分信号，并且该信号仅在稍后被数字化以检索像素中入射的x射线数量的最佳猜测。

在某些应用中，光子计数检测器也已成为可行的替代方法；目前，这些检测器主要可商业地用于乳腺X线摄影。光子计数检测器具有优势，因为原则上可以测量每个x射线的能量，这会产生关于对象成分的附加信息。该信息可用于提高图像质量和/或降低辐射剂量。

与能量积分系统相比，光子计数CT具有以下优点。首先，可以通过在光子计数检测器中设置高于本底噪声的最低能量阈值，来拒绝由能量积分检测器积分到信号中的电子噪声。其次，可以通过检测器提取能量信息，这允许通过最佳的能量加权来提高对比度-噪声比，并且还允许有效地实现所谓的物质基础分解，通过该物质基础分解，可以有识别和量化被检查的对象或物体中的不同物质和/或成分。第三，可以使用两种以上的基础材料以有益于分解技术(例如K-边缘成像)，从而定量确定造影剂(例如碘或钆)的分布。第四，没有检测器余辉，这意味着可以获得高角度分辨率。最后但并非最不重要的是，可以通过使用较小的像素大小来实现较高的空间分辨率。

用于光子计数x射线检测器的最有前途的材料是碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)和硅(Si)。CdTe和CZT被用于几个光子计数光谱CT项目中，以提高临床CT中使用的高能量x射线的吸收效率。但是，由于CdTe/CZT的一些缺点，这些项目进展缓慢。CdTe/CZT的电荷载流子迁移率低，这在比临床实践中遇到的通量低十倍的通量率下导致严重的脉冲堆积。缓解此问题的一种方法是减小像素大小，而由于电荷共享和K逸出而导致频谱失真增加。而且，CdTe/CZT会遭受电荷俘获，这会导致极化，当光子通量达到一定水平时，极化会导致输出计数率快速下降。

相反，硅具有较高的载流子迁移率，并且没有极化问题。成熟的制造工艺和相对较低的成本也是其优势。但是硅具有CdTe/CZT没有的局限性。因此，硅传感器必须相当厚，以补偿其低阻隔力。通常，硅传感器需要几厘米的厚度才能吸收大多数入射光子，而CdTe/CZT仅需要几毫米。另一方面，硅的长衰减路径也使得可以将检测器分成不同的深度分段，这将在下面进行解释。反过来，这使得基于硅的光子计数检测器可以适当地处理CT中的高通量。

当使用简单的半导体材料(例如硅或锗)时，康普顿散射会导致许多x射线光子在转换为检测器中的电子空穴对之前先从高能量转换为低能量。这导致很大一部分原本处于较高能量的x射线光子产生比预期少得多的电子-空穴对，进而导致大部分光子通量出现在能量分布的低端。为了检测尽可能多的x射线光子，因此有必要检测尽可能低的能量。

图3是示出针对三种不同的x射线管电压的能量谱的示例的示意图。能量谱通过不同类型的相互作用的混合(包括较低能量范围的康普顿事件和较高能量范围的光电吸收事件)所沉积的能量建立。

x射线成像的进一步发展是能量分辨x射线成像(也被称为光谱x射线成像)，其中x射线透射率是测量几种不同的能级。这可以通过使源在两个不同的发射光谱之间快速切换、通过使用发出不同x射线光谱的两个或多个x射线源、或通过使用测量两个或更多个能级中的入射辐射的能量鉴别检测器(也被称为能量仓(energy bin))来实现。

在下文中，参考图4给出能量区分光子计数检测器的示例的简要描述。在该示例中，每个配准的光子产生电流脉冲，将该电流脉冲与一组阈值进行比较，从而计数每个能量仓中入射的光子数量。

通常，x射线光子(包括康普顿散射后的光子)在半导体检测器内部转换为电子-空穴对，其中电子-空穴对的数量通常与光子能量成比例。然后，如图4所示，电子与空穴朝检测器电极漂移，然后离开检测器。在该漂移期间，电子与空穴在电极中感应出电流，该电流可以通过例如电荷敏感放大器(CSA)，然后通过整形滤波器(SF)进行测量。

由于来自一个x射线事件的电子与空穴的数量与x射线能量成正比，因此一个感应电流脉冲中的总电荷与该能量成正比。电流脉冲在CSA中被放大，然后被SF滤波器滤波。通过选择合适的SF滤波器整形时间，滤波后的脉冲幅度与电流脉冲中的总电荷成正比，因此与x射线能量成正比。在SF滤波器之后，通过在一个或多个比较器(COMP)中将脉冲幅度的值与一个或多个阈值(Thr)进行比较，来测量脉冲幅度，并引入计数器，通过该计数器可以配准脉冲大于阈值的情况的数量。以这种方式，可以计数和/或配准在特定时间帧内已检测到的能量超过与相应阈值(Thr)相对应的能量的x射线光子的数量。

当使用几个不同的阈值时，获得了所谓的能量鉴别检测器，其中可以将检测到的光子分类到与各个阈值相对应的能量仓中。有时，这种类型的检测器也被称为多仓检测器。

总体上，能量信息允许创建新种类的图像，其中可获得新信息，并且可以去除常规技术固有的图像伪影。

换句话说，对于能量鉴别检测器，脉冲高度与比较器中的多个可编程阈值进行比较，并根据脉冲高度进行分类，而脉冲高度又与能量成正比。

然而，在任何电荷敏感放大器中都有固有的问题，那就是它将电子噪声添加到检测到的电流中。为了避免检测到噪声而不是实际的x射线光子，因此重要的是将最低阈值(Thr)设置得足够高，以使噪声值超过阈值的次数足够低，以免干扰检测x射线光子。

通过将最低阈值设置在本底噪声之上，可以显著减少电子噪声，该电子噪声是减少x射线成像系统辐射剂量的主要障碍。

整形滤波器的通常特性是，较大的整形时间值将导致x射线光子引起长脉冲，并降低滤波器后的噪声幅度。较小的整形时间值将导致短脉冲和较大的噪声幅度。因此，为了计数尽可能多的x射线光子，需要较大的整形时间以使噪声最小化并允许使用相对较小的阈值水平。

在任何计数x射线光子检测器中的另一问题是所谓的堆积问题。当x射线光子的通量率很高时，在区分两个后续的电荷脉冲时可能会出现问题。如上所述，滤波之后的脉冲长度取决于整形时间。如果此脉冲长度大于两个x射线光子感应的电荷脉冲之间的时间，则该脉冲将一起增长，并且两个光子不可区分，并且可以算作一个脉冲。这被称为堆积。避免在高光子通量下堆积的一种方法是使用较短的整形时间。

为了提高吸收效率，检测器可以沿侧向布置，在这种情况下，吸收深度可以选择为任意长度，并且检测器仍然可以完全耗尽，而无需进入非常高的电压。

具体地，硅作为检测器材料有许多优点，例如高纯度和产生电荷载流子(电子-空穴对)所需的低能量，而且这些电荷载流子也有很高的迁移率，这意味着它即使在高速率的x射线下也可以工作。硅也很容易大量获得。

硅的主要挑战在于其的低原子序数和低密度，这意味着必须将其制造得非常厚才能针对更高的能量成为有效的吸收剂。低原子序数还意味着检测器中的康普顿散射x射线光子所占部分将超过光吸收光子，这将给散射光子带来问题，因为它们可能会在检测器中的其他像素中感应信号，这将等同于那些像素中的噪声。然而，硅已经成功地应用于低能量的应用中，如M.丹尼尔森、H.波内福克、B.塞德斯特罗姆、V.奇米尔、B.长谷川、M.伦德奎斯特、D.尼格伦和T.塔巴所概述的，“数字乳腺X光摄影的剂量效率系统”，Proc.《医学影像物理学》，第3977卷，第239-249页，圣地亚哥，2000年。解决硅吸收效率低的问题的一种方法是简单地使硅变得很厚，硅以大约500μm厚的晶片被生产出，并且这些晶片可以被定向以使得x射线沿侧向入射，并且如果需要，硅的深度可以与晶片的直径一样。

舍伍德·帕克的美国专利5,889,313(1999年“固态辐射检测器的三维结构”)提出了另一种使硅足够深以获得高效率的方法，这是一种创新方法，但涉及一些非标准生产方法，这就是为什么它尚未在商用成像检测器中使用的原因。

我们可以发现，R.诺沃特尼的“硅微带检测器在医学和结构分析中的应用”，《物理研究中的核仪器和方法》226(1984)，34-39首次提到侧向几何形状的晶体硅条检测器作为x射线检测器。结论是，硅将在低能量下工作(例如用于乳腺成像)，而不是在高能量下工作(例如计算机断层扫描)，这主要是因为康普顿散射的部分较高以及与此相关的问题。

Robert Nelson的美国专利4,937,453，“射线照相成像的x射线检测器”，DavidNygren的美国专利5,434,417，Robert Nelson的“高分辨率能量敏感数字x射线”和美国专利申请公开2004/0251419也提出了半导体检测器的侧向几何形状。在US 2004/0251419中，侧向检测器用于所谓的康普顿成像，其中，测量康普顿散射x射线的能量和方向，以便估计原始x射线的能量，康普顿成像方法在文献中已经讨论了很长时间，但主要适用于比x射线成像中采用的能量更高的能量(例如正电子放射断层扫描)。康普顿成像与本发明无关。

吉田昭一，大杉隆在“硅条检测器在x射线计算机断层扫描中的应用”一文中，《核物理研究方法》，第541页，2005年，第412-420页，概述了侧向(edge-on)概念的实现。在这种实现方式中，放置在侧向硅条检测器之间的薄钨板减少了散射x射线的背景，并以低剂量提高了图像对比度。该实现与诺沃特尼的“硅微带检测器在医学和结构分析中的应用”，《核仪器和方法在物理研究》226(1984)，第34-39页中所提出的非常相似。

已经针对基于高Z材料(例如CdZnTe)的光子计数半导体检测器提出了一些建议，并且还通过原型检测器获得了临床图像。这些材料的缺点是成本高，并缺乏生产经验。

对于特别是用于医学成像的光子计数检测器已经引起了相当大的兴趣，但是到目前为止，还没有在高于约40keV的更高能量下的有效商业解决方案。这是因为在以可行且容易获得的材料制造检测器方面存在问题；奇特的高Z半导体仍然昂贵且未经验证。硅已经用于较低的能量工作，但是对于更高的能量，康普顿散射的高比例问题一直是一个令人望而却步的问题，以及满足当今CT模式在结合几何和吸收方面的高检测效率方面的几何要求的检测器的工作系统组件。

美国专利8,183,535公开了计数光子的侧向x射线检测器的示例。在该专利中，存在多个半导体检测器子模块布置在一起以形成整个检测器区域，其中每个半导体检测器子模块都包括一个x射线传感器，该x射线传感器在入射的x射线的侧向定向并连接至集成电路，以用于配准在x射线传感器中相互作用的x射线。

除了集成在至少一些半导体检测器子模块之间的防散射模块之外，半导体检测器子模块通常平铺在一起以形成具有几乎完美的几何效率的几乎任意大小的完整检测器。优选地，每个防散射模块包括相对较重的材料的箔，以防止半导体检测器子模块中的大多数康普顿散射x射线到达相邻的检测器子模块。

图5是根据示例性实施例的x射线检测器的示意图。在该示例中，示出了具有发射x射线(C)的x射线源(B)的x射线检测器(A)的示意图。检测器的元件(D)指回至源，并因此优选地以略微弯曲的整体配置来布置。指示了检测器的两种可能的扫描运动(E，F)。在每个扫描运动中，源可以是静止的或移动的，在以(E)表示的扫描运动中，x射线源和检测器可以绕着位于两者之间的对象旋转。在以(F)表示的扫描运动中，检测器和源以相对于对象平移，或者对象可以正在移动。同样在扫描运动(E)中，对象可以在旋转期间平移(即所谓的螺旋扫描)。举例来说，对于CT实现，x射线源和检测器可以安装在围绕要成像的对象或物体旋转的机架中。

图6是示出根据示例性实施例的半导体检测器子模块的示例的示意图。这是半导体检测器子模块的示例，其中传感器部分21分成检测器元件或像素22，其中每个检测器元件(或像素)通常基于具有电荷收集电极作为关键组件的二极管。x射线穿过半导体传感器的边缘进入。

图7是示出根据另一示例性实施例的半导体检测器子模块的示例的示意图。在该示例中x射，半导体传感器部分21也在深度方向上被分成所谓的深度分段22，再次假设x射线穿过边缘进入。

通常，检测器元件是检测器的单个x射线敏感子元件。通常，光子相互作用发生在检测器元件中，并且由此产生的电荷被检测器元件的相应电极收集。

每个检测器元件通常将入射的x射线通量测量为一系列帧。帧是在指定时间间隔(称为帧时间)内的所测量的数据。

取决于检测器拓扑，检测器元件可以与像素相对应，尤其是当检测器是平板检测器时。深度分段检测器可以被认为具有多个检测器条，每个条具有多个深度分段。对于这种深度分段的检测器，每个深度分段都可以被视为单独的检测器元件，尤其是如果每个深度分段都与它自己的单独的电荷收集电极相关联。

深度分段的检测器的检测条通常与普通平板检测器的像素相对应，因此有时也被称为像素条。但是，也可以将深度分段的检测器视为三维像素阵列，其中每个像素(有时被称为体素)与单个深度分段/检测器元件相对应。

半导体传感器可以被实现为所谓的多芯片模块(MCM)，在这种意义上，半导体传感器被用作电气布线和许多专用集成电路(ASIC)的基础基板，这些集成电路最好通过所谓的倒装芯片技术进行连接。路由将包括用于从每个像素或检测器元件到ASIC输入的信号连接、以及从ASIC到外部存储器和/或数字数据处理的连接。考虑到这些连接中的大电流所需的截面的增大，可以通过类似的路由来向ASIC提供功率，但是也可以通过单独的连接来提供功率。ASICS可以位于有源传感器的侧面，且这意味着如果将吸收罩放在顶部，则可以保护该ASICS免受入射的x射线的伤害，也可以通过在此方向上放置吸收器来保护该ASICS免受侧面x射线散射的影响。

图8A是示出被实现为与美国专利8,183,535中的实施例类似的多芯片模块的半导体检测器子模块的示意图。

在该示例中，示出了半导体传感器21如何也可以在多芯片模块(MCM)中具有基板的功能。信号通过信号路径23从检测器元件或像素22路由到位于有源传感器区域的旁边的并行处理电路24(例如ASIC)的输入。应当理解，术语专用集成电路(ASIC)将被广义地解释为用于特定应用的任何通用集成电路。ASIC处理从每个x射线生成的电荷，并将其转换为可用于检测光子和/或估计光子能量的数字数据。ASIC可以被配置用于连接到位于MCM外部的数字处理电路和/或存储器，并且最终数据将被用作重建图像的输入。

然而，采用深度分段也给基于硅的光子计数检测器条来了问题。必须使用大量ASIC信道来处理从关联的检测器分段馈送的数据。

图8B是示出一组平铺的检测器子模块的示例的示意图，其中每个检测器子模块是一个深度分段的检测器子模块，并且从入射的x射线的方向看，ASIC或对应的电路布置在检测器元件22下方，以允许在检测器元件之间的空间中从检测器元件22到ASIC 24的路由路径23。

常用的x射线成像系统的示例是x射线计算机断层扫描(CT)系统，该x射线计算机断层扫描系统可以包括产生x射线的扇形或锥形束的x射线管和测量穿过患者或目标透射的x射线的部分的相对的x射线检测器阵列。x射线管和检测器阵列安装在围绕成像对象旋转的机架中。CT几何结构的示例图示如图9所示。

检测器阵列的尺寸和分段会影响CT设备的成像能力。沿着机架的旋转轴的方向(即，图9的z方向)的多个检测器元件使得能够进行多层图像采集。在图9中的角度方向上的多个检测器元件使得能够同时测量在同一平面上的多个投影，并且这被应用在扇形/锥形束CT中。大多数常规检测器都是二维的(有时被称为平板检测器)，这意味着它们在切片(z)和角度(ξ)方向上具有检测器元件。

对于给定的旋转位置，每个检测器元件都会测量特定投影线的透射x射线。这种测量被称为投影测量。即使检测器是二维的，但许多投影线的投影测量的集合也被称为正弦图，从而使正弦图成为三维图像。通过图像重建来利用正弦图数据以获得被成像对象内部的图像。每个投影线(正弦图中的点)由角坐标θ和径向坐标r给出，如图10所定义。在特定坐标由(r，θ)给出的检测器元件的每次测量为正弦图的样本。正弦图中的更多样本通常可以更好地表示实际正弦图，并因此也可以产生更准确的图像。

图12是示出根据实施例的用于执行整个x射线成像系统的各种功能(例如图像处理)的计算机实现的示例的示意图。在该具体示例中，系统200包括处理器210和存储器220，该存储器包括可由处理器执行的指令，由此处理器可操作以执行本文描述的步骤和/或动作。指令通常被组织为计算机程序225；235，该计算机程序225；235可以被预先配置在存储器220中或从外部存储器设备230下载。可选地，系统200包括输入/输出接口240，该输入/输出接口240可以互连到处理器210和/或存储器220，以使得能够输入和/或输出相关数据(例如输入参数和/或结果输出参数)。

术语“处理器”应在一般意义上被解释为能够执行程序代码或计算机程序指令以执行特定处理，确定或计算任务的任何系统或设备。

因此，包括一个或多个处理器的处理电路被配置为在执行计算机程序时执行例如本文所述的那些的定义明确的处理任务。

本发明基本上涉及具有多个x射线检测器子模块的x射线检测器或x射线传感器，其中，每个检测器子模块是侧向检测器子模块，其具有布置成使得能够在x射线方向上具有空间分离的情况下测量x射线强度的检测器元件。

侧向是x射线检测器的设计，其中每个子模块都具有在至少两个方向上延伸的检测器元件，其中，侧向检测器的一个方向在x射线方向上具有分量。

侧向检测器的具体示例是深度分段的x射线检测器，它在入射的x射线的方向上具有两个或更多个深度分段的检测器元件。然而，应该理解，所提出的技术通常适用于所有类型的侧向检测器，包括分段和非分段的x射线检测器。

每个检测器子模块通常基于其中布置有检测器元件的基板，并且每个检测器子模块通常具有外部保护环结构，该外部保护结构围绕检测器元件的阵列或矩阵，并沿着检测器子模块的侧面(边缘)延伸。

检测器子模块可以一个接一个地堆叠和/或并排布置。检测器子模块通常可以(例如以略微弯曲的整体配置)并排布置，这可以适用于CT系统。

发明人已经认识到，模块化的侧向x射线检测器的正常情况是，相邻的检测器子模块之间的物理间隙(由于制造中的实际考虑而产生)可能会产生没有检测功能的无源或盲区(也被称为非检测区域)。同样，保护环结构也增加有盲区。

因此，提供x射线检测器设计是有益的，该x射线检测器设计增加了有效检测器区域和/或减少了整个检测器区域中的盲区。

减少这种盲区或至少减少由于具有这种区域而产生的效果对于提高图像质量非常有益。

一种可能的解决方案基于以下方式构造检测器子模块：当检测器子模块并排布置时，至少一个检测器子模块在子模块之间的间隙延伸处提供检测覆盖。

在总体设计中，检测器子模块可以并排构造和布置，使得两个相邻的检测器子模块之间的间隙的至少一部分不线性地指向x射线源(更具体地，x射线焦点)。

以此方式，完全不存在从焦点引导通过间隙的任何可能的x射线束路径。该设计为间隙的至少一部分提供了相对于这种x射线路径的具有非零角度的相邻的检测器子模块之间的间隙。

换句话说，检测器子模块以这样的方式构造：当它们在整体配置中并排布置时，实际上，所有入射的x射线都将穿过整个x射线检测器的有效检测区域的至少一部分。表示方式稍有不同，理想情况下，每个入射的x射线都将穿过检测器子模块的至少一部分并被其检测。

举例来说，检测器子模块可以在计算机断层扫描(CT)系统的z方向上和/或在与z方向垂直的方向上并排布置。

更一般地，并排意味着相邻的检测器子模块并排相遇，其中“并排”与整个保护环结构的一部分沿其延伸的子模块的一侧相对应。

换句话说，x射线检测器子模块通常是平面模块，并且，检测器子模块通常在检测器子模块的面内方向上并排布置。

在实践中，期望将检测器元件布置在检测器子模块的基板上，使得入射的x射线有机会穿过尽可能多的检测器元件，以提供尽可能多的空间/能量信息。

实际上，这可能意味着利用新设计，相邻的检测器子模块可以“共享”相同检测器元件的信息和/或可以组合来自相邻的检测器模块的不同的检测器元件的输出信号。

这样就可以在将数据传递到系统的下一个级别之前，在模块级别上合并完整的检测器/像素条数据。但是应该理解，能够提供分段级数据也可以很重要。

举例来说，检测器元件可以是细长的电极，该电极具有指向x射线系统的焦点的长度延伸。

举例来说，检测器子模块可以是具有金属条的硅芯片。

根据第二方面，提供了一种包括这种x射线检测器的x射线成像系统(例如类似于图1或图2的x射线成像系统)。

图13A是示出包括多个检测器子模块的模块化x射线检测器的示例的示意图，该检测器子模块相对于位于x射线焦点处的x射线源以略微弯曲的总体几何形状并排布置。

如所提到的，检测器子模块可以一个接一个地堆叠(如图13C所示)和/或并排布置(如图13A和图13C所示)。检测器子模块通常可以例如以略微弯曲的整体构造，在大致垂直于z方向的方向上并排布置。如果需要，检测器子模块也可以在z方向(在图13A的示意图中指示为进入纸中)上一个接一个地堆叠，并在图13C的示例中明确示出。

尽管在下面的图示中，检测器子模块在与z方向大致垂直的方向上并排布置，但是应该理解，例如如图21所示，可以想到其他检测器配置，其中子模块大致在z方向上并排布置和/或可选地在大致垂直于z方向的方向上堆叠。

图13B是示出单独的x射线检测器子模块的示例的示意图。

图13C是示出包括并排布置并且还一个接一个地堆叠的多个检测器子模块的模块化x射线检测器的示例的示意图。x射线检测器子模块可以一个接一个地堆叠以形成更大的检测器模块，该检测器模块可以并排组装在一起以构成整个x射线检测器。

图14是示出布置有指向x射线系统的焦点的间隙的相邻的检测器子模块的示例的示意图。

硅条检测器的典型特征是保护环结构，该保护结构具有像边界一样放置在x射线传感器周围的边缘附近的多个保护环。保护环用作x射线传感器的重要组成部分，但也沿着x射线传感器(即x射线检测器子模块)的边缘或侧面创建了非检测区域空间。

另外，尽管x射线检测器子模块在物理上并排对准，但是由于物理或机械安装公差，在相邻子模块之间总会存在物理或机械间隙。由保护环产生的机械间隙和非检测空间将在相邻x射线检测器子模块的有效检测区域之间产生总间隙。举例来说，总间隙可以定义为从检测器子模块之一上的边缘电极与保护环之间的中点开始，并终止于保护环与相邻的另一个检测器子模块上的边缘电极之间的中点。

在现有技术中，由于该间隙由于检测器子模块的设计和物理对准而与指向x射线源焦点的x射线路径一致，因此该间隙已被视为构成盲检测区域。

发明人已经认识到，确实有可能减少盲区或具有间隙的影响。

图15是示出被设计和布置成使得间隙不线性地指向x射线源的相邻的检测器子模块21-1、21-2的示例的示意图。通过这种设计，至少部分间隙与源自x射线焦点的任何x射线路径不在一条直线上(线外)，以在检测器子模块21-1、21-2之间的间隙延伸(交叉区域)处提供至少一个检测器子模块的检测覆盖。

还可以看出，该设计在子模块之间的间隙延伸(交叉区域)处提供了至少一个检测器子模块(可能是两个)的检测覆盖。

首先，可以看出，实际上，由于“倾斜边缘”设计，因为间隙延伸不是线性地(不在直线上)指向x射线源，所以检测器子模块21-2的一个或多个检测器元件实际上可以检测到进入顶部间隙的x射线(请参见长虚线)。

其次，如图15中的虚线箭头所示，确实可以确保该设计提供两个相邻检测器模块两者(例如，通过顶部的检测器子模块21-1的边缘检测器元件和底部的检测器子模块21-2的边缘检测器元件)重叠的检测覆盖。换句话说，穿过“间隙区域”中的x射线检测器子模块的x射线可以被两个检测器子模块21-1、21-2中的检测器元件22检测到。根据具体示例，来自两个相邻的检测器模块21-1、21-2的检测器元件22的输出信号因此可以在随后的信号处理期间被组合(例如以用于光子计数)。例如，信号处理可以由模拟处理电路和/或数字处理电路和/或计算机化的数字信号处理来执行。

可以看出，相邻的检测器子模块21-1、21-2可以具有在从焦点入射的x射线的方向上至少部分重叠的检测区域(即，具有检测器元件)。

例如，参考图15，位于左侧所示的子模块21-1的边缘处的最小检测器元件与位于右侧所示的子模块21-2的边缘处x射的最小的检测器元件基本在一条直线上(从x射线焦点看)，因此有效地提供了相邻的检测器子模块的检测区域的重叠。

将参考图18至图20描述其他示例。

图16A至图16B是示出检测器子模块的常规设计(图16A)的示例与检测器子模块的新颖设计(图16B)的示例的比较的示意图。

在图16A的示例中，检测器子模块对称，并且平面检测器模块的侧边缘指向焦点。换句话说，沿着检测器子模块两侧的边缘的延长线基本上指向x射线焦点。

在图16B的示例中，检测器子模块在以下方面不对称，即，每个侧面或侧边缘相对于指向焦点的线具有角α，与子模块的物理边缘相比，优选地，角度的大小相同，但一侧为正角，而另一侧(相对)为负角。当在基本上垂直于入射的x射线方向的方向上与对应的子模块并排布置时，该设计满足了不线性地指向系统焦点的间隙。

图17是示出相邻的检测器子模块的另一示例的示意图，该相邻的检测器子模块被设计和布置成使得间隙不线性地指向x射线源。在该具体示例中，检测器子模块21-1、21-2基本上被设计为并排布置的平行四边形，使得子模块之间的间隙不线性地指向系统的焦点。

图18是示出相邻的检测器子模块的又一个示例的示意图，该相邻的检测器子模块被设计和布置成使得间隙不线性地指向系统的焦点。在该具体示例中，检测器子模块未深度分段，并且清楚地示出了所提出的技术如何也可以应用于非分段的检测器子模块。

同样清楚的是，图18的检测器子模块是侧向定向的，其中检测器元件在至少两个方向上延伸，其中，方向之一在入射的x射线的方向上具有分量。换句不同的话说，检测器元件在入射的x射线的方向上至少部分地(基本上)延伸。

图19至图21是示出轮廓设计的各种示例的示意图，其中，两个相邻的检测器子模块之间的间隙的至少部分不指向x射线源。

图19是示出x射线检测器20的示例的示意图，该x射线检测器20具有在与来自x射x射线源的入射的x射线的方向大致垂直的方向上并排布置的至少三个检测器子模块21-1、21-2、21-3，该x射线源打算与x射线检测器20一起使用。在该示例中，检测器子模块21-1、21-2、21-3的侧面或侧边缘具有阶梯状配置。

图20是示出x射线检测器20的另一个示例的示意图，该x射线检测器20具有在与来自x射x射线源的入射的x射线的方向大致垂直的方向上并排布置的至少三个检测器子模块21-1、21-2、21-3，该x射线源打算与x射线检测器20一起使用。在该示例中，检测器子模块21-1、21-2、21-3的侧面或侧边缘是倾斜的侧面或边缘(相对于入射的x射线的方向)。在该具体情况下，检测器子模块21-1、21-2、21-3具有相互配合的梯形形式。

图21是示出x射线检测器20的又一个示例的示意图，该x射线检测器20具有在与来自x射x射线源的入射的x射线的方向大致垂直的方向上并排布置的至少三个检测器子模块21-1、21-2、21-3，该x射线源打算与x射线检测器20一起使用。在该示例中，检测器子模块21-1、21-2、21-3的侧面或侧边缘具有阶梯状配置，但呈现了与图19所示配置相比的一种变化。

通常，检测器子模块的侧面轮廓可以配置有一个或多个阶梯(step)。

如所提及的，相邻的检测器子模块可以具有在从焦点入射的x射线的方向上至少部分重叠的检测区域。

在具体示例中，位于最靠近第一检测器子模块的间隙的至少一个检测器元件(即，边缘元件)可以与第二检测器子模块的至少一个不位于最靠近间隙的检测器元件(即不是边缘元件)成一直线(在朝向焦点的方向上)，例如，沿着图19、图20和图21中的实线，可以看到相邻的检测器子模块的检测器元件。

这可能是有用的，因为检测器子模块的边缘元件可以至少部分地由相邻的检测器子模块的非边缘元件辅助。

图22是示出模块化x射线检测器的替代配置和设计的示例的示意图。在该具体示例中，检测器子模块大致在CT系统的z方向上并排布置，并且在大致垂直于z方向的方向上堆叠。

应当理解，x射线检测器子模块可以在x射线系统中在任意方向上并排布置，只要它们形成具有有效x射线检测区域的x射线检测器即可。

可以看出，x射线检测器子模块通常是平面模块，并且检测器子模块通常在检测器子模块的面内方向上并排布置。

如前所述，可以用电极以使其在彼此相邻放置时略微重叠的方式对侧向x射线检测器(例如边缘照亮的硅传感器)进行整形和图案化。这消除或至少减小了有源检测区域中的间隙，否则机械间隙和占据每个传感器边缘的不灵敏防护环会产生这种间隙。

这类间隙的影响很难用典型的插值方法来纠正，因为数据总是沿着整行从正弦图中丢失。重叠传感器(模块/子模块)的想法可以消除这种间隙，从而实现一种可行的检测器体系结构，大大简化校正，如果校准程序证明足够，则可以无需校正。

下面描述了进一步的实施例、改编、发展和/或改进以及相关概念的各种示例。

举例来说，所提出的技术可以包括以下一项或多项：

·修改倾斜边缘处的电极图案，以最大程度地增加敏感硅区域，

·重叠的几种不同变体，包括离散步骤的不同版本。

·修改保护环结构以当传感器的倾斜边缘横切像素的矩形列时，可减少边缘的空白空间。

·圆角(至少具有最小的曲率半径)，以避免可能导致电压过早击穿的电气热点。

·选项，用于沿延伸超出传感器底部的边缘布线读出迹线。

·放置防散射准直仪叶片，以优化整个重叠区域的响应的均匀性。

·用于倾斜边缘子模块的边缘像素的设计，例如基于具有(截断的)梯形或三角形形状的二极管/电极(或更一般地，检测器元件)。(截断的)梯形或三角形的二极管/电极或检测器元件可以沿略微倾斜的边缘布置在深度部分中。

例如，如可以明白和理解的，在检测器子模块的倾斜侧边缘处的检测器元件可以包括锥形边缘分段(例如梯形或三角形分段和/或具有倒圆角的截断的梯形或三角形分段)，该锥形边缘分段布置在沿倾斜的侧边缘的深度分段中。

图23A至图23D是示出各种几何配置的锥形边缘分段22(电极/二极管)的示例的示意图。具体地，示出了锥形边缘分段22的尖端半径的不同尺寸的示例。如所示出的，锥形边缘分段22在尖端处具有特定的尖端半径的圆角。

边缘部分22(电极/二极管)的末端的窄点可以集中电场，并且似乎存在最小允许半径以避免击穿效应。因此，设想尖端半径不应太小。例如，可能的标准是，尖端半径等于或大于电荷云半径。

图24是示出当尖端的半径相对较小时在电极尖端处的电场增强的示例的示意图。

图25A至图25B是示出针对两种不同尺寸的尖端半径的电极尖端处的电场增强的示例的示意图。举例来说，实验表明，仅从10μm到5μm改变尖端半径，最大电场将增加7％。

然而，简单地以其最小的允许半径切割边缘分段显然会减小该分段(电极/二极管)的延伸/高度。在某些情况下，这可能会导致各种影响。

例如，修改检测器元件的电极图案以维持有效检测区域和/或最小化空的硅传感器区域可以是有益的。举例来说，这可以通过将边缘检测器元件(电极/二极管)(中的至少一个)朝向相应的相邻的检测器元件延伸和/或通过将相邻的检测器元件(中的至少一个)朝向边缘检测器元件延伸来实现。边缘分段的延伸对于增加边缘分段的尖端的半径也是有用的。

换句话说，建议采用边缘检测器元件(电极/二极管)的至少一部分的宽度大于相邻的检测器元件(电极/二极管)的宽度的配置和/或其中相邻的检测器元件的至少一部分的宽度大于对应的边缘检测器元件的法线(最大宽度)的配置。

图26A至图26B是示出与锥形边缘分段相关的电极的修改的不同示例的示意图。在该示例中，相邻的检测器元件22-1朝着锥形边缘元件或分段22-2被切除的区域中的边缘延伸，例如以提供增强的检测范围。换句话说，可以通过修改相邻的检测器元件的宽度以最小化空的检测区域来使相邻的检测器元件22-1朝边缘向外凸出。在某种意义上，相邻的检测器元件22-1延伸到边缘检测器元件22-2的检测线中。这表示相邻的检测器元件22-1的至少一部分的宽度大于对应的边缘元件22-2的法线(最大宽度)的情况的说明性示例。

发明人还认识到，切割锥形的边缘分段(电极)以提供合理的(最小允许的)尖端半径可以增加与保护环结构(尤其是与保护器的内部电流捕获环(CCR))的距离。修改保护环结构以使其在边缘处更紧密地跟随检测器元件(电极/二极管)可能是有益的，尤其是如果未通过将相邻电极延伸到该区域中来填充围绕切口和锥形边缘电极顶部的空白区域。

因此，可选地建议相应地修改子检测器模块的保护环结构的至少一部分。举例来说，可以延伸或修改植入物的一部分和/或至少一个保护环的一部分，以使整个保护环结构在传感器区域边缘处更紧密地跟随检测器元件的电极。

图27A至图27C是示出用于锥形边缘分段的保护环选项的不同示例的示意图。在这些示例中，整个保护环包括植入物、多个浮动环(FR)和内部电流捕获环(CCR)。作为示例，浮动环的数量是三个，但是所提出的技术不限于此。相反，可以使用任何合适数量的浮动环。

在图27A的示例中，延伸植入物的一部分以使得CCR(和FR)能够遵循在检测器子模块的传感器区域的边缘处的电极的轮廓。

在图27B的示例中，延伸浮动环(FR 3)之一的一部分以使得CCR(和FR)能够遵循在检测器子模块的传感器区域的边缘处的电极的轮廓。

在图27C的示例中，延伸每个浮动环的一部分以使得CCR(和FR)能够遵循在检测器子模块的传感器区域的边缘处的电极的轮廓。

新检测器设计的另一个方面是，从检测器元件(电极/二极管)到读出电路的电气物理布线或走线路线可能会受到重叠间隙区域中检测器子模块倾斜设计的影响，从而由于空间限制，接线更加困难。同样，布线不当可能会导致电容增加，从而导致噪声。

图28是示出利用非倾斜区域中的检测器元件(二极管/电极)之间的间隙来布置(重定向)来自倾斜区域中的特定检测器元件(二极管/电极)的路由迹线以将该路由迹线路由至读出电路的示例的示意图。

换句话说，来自间隙区域中的某个边缘检测器元件(二极管/电极)的布线迹线23也可以利用离边缘几步的检测器元件22之间的间隙(即在具有规则形状的检测器元件的区域中)而被路由到读出焊盘。

图29是示出利用边缘检测器元件及其相邻的检测器元件之间的间隙将来自特定边缘检测器元件的路由迹线路由至读出电路的示例的示意图。

换句话说，来自间隙区域中的某个边缘检测器元件(二极管/电极)的布线迹线23可以通过边缘检测器元件与其相邻的检测器元件之间的间隙被路由至读出焊盘。

图30是示出利用保护环结构与边缘电极之间的间隙将来自特定边缘电极的路由迹线路由至读出电路的布置的示例的示意图。

换句话说，来自间隙区域中的某个边缘检测器元件(二极管/电极)的布线迹线23也可以通过边缘检测器元件与保护环结构25之间的间隙被路由到读出焊盘。

通过如图28至图30中的任一个的示意图中所示对迹线进行布线，可以最小化由每个单独迹线感应的电容，这将导致检测器中的较低噪声。

图31A是示出保护环结构25与边缘电极22之间的没有路由迹线的区域的截面的示例的示意图。

图31B是示出保护环结构25与边缘电极22之间具有路由迹线23的区域的截面的示例的示意图。

尽管新的检测器设计可以显著增强相邻的检测器子模块之间交叉区的性能，但是在间隙处的检测器响应仍然有所下降。例如，当在检测器子模块的顶部(沿入射的x射线方向看到)添加准直仪结构时，必须考虑到这一点。这样的准直仪结构通常包括间隔布置的一组准直仪，并且每个检测器子模块具有其自己的一组准直仪。

图32A是示出在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区的示例的示意图。示意图是比例约为1：20的放大图。在此示例中，不存在准直仪结构。

图32B是示出与图32A的配置相对应的像素条(即，检测器条)的像素增益响应的示例的示意图。可以看出，跨越间隙时像素(条)增益会下降，但是，如果将间隙与x射线焦点对准并线性指向该焦点，则与在间隙处的零响应或接近零响应相比仍是一个很大的改进。

图33A是示出在第一配置示例中当一组准直仪被布置在检测器子模块的顶部上时在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区域的示例的示意图。

图33B是示出与包括第一配置示例的准直仪结构的图33A的配置相对应的像素条(即，检测器条)的像素增益响应的示例的示意图。可以看出，准直仪结构的引入影响了像素条的响应。根据第一配置示例的准直仪的布置使得像素条响应在间隙区域的中间从适当的0.43增益下降到大约0.32增益，下降超过25％。由于这种特殊的准直仪放置方式，像素条响应曲线总体上更加尖细。

图34A是示出在第二配置示例中当一组准直仪被布置在检测器子模块的顶部上时，在并排布置的两个相邻且倾斜的检测器子模块之间的交叉区的示例的示意图。

图34B是示出与包括第二配置示例的准直仪结构的图34A的配置相对应的像素条(即，检测器条)的像素增益响应的示例的示意图。在该示例中，根据第二配置示例的准直仪的布置避免了在间隙区域的中间的像素条响应的降低，并且总体上使得像素条响应轮廓更加均匀。

因此，一般的想法是基于间隙区域上的像素条响应(检测效率)分布来确定准直仪的位置。

换句稍微不同的话说，每个检测器子模块具有一组准直仪，并且准直仪的放置至少部分地基于跨间隙区域的检测器条检测效率分布来确定和实现。

举例来说，将准直仪与具有最低检测响应的相邻的子检测器模块之间的交叉区处的那些边缘检测器元件(电极/二极管)有偏移地放置。

为了更好地理解检测器子模块的几何形状和实现，在图35和图36中示出了两个更详细的示意图。

图35是示出与另一检测器深度分段的子模块(仅部分地示出)相邻布置的深度分段的检测器子模块的示例的示意图。整个检测器20包括模块框架26、检测器子模块21-1、21-2和准直仪结构27，其中每个检测器子模块具有一组准直仪。从该示例可以明显看出倾斜的侧边缘设计，如在图的右侧可以看到的，其中，检测器子模块21-1、21-2并排相遇。

图36是示出并排布置的深度分段的检测器子模块的另一示例的示意图。在该具体示例中，整个x射线检测器20的检测器子模块21-1、21-2、21-3具有平行四边形的几何形式。

上述实施例仅作为示例给出，并且应当理解，所提出的技术不限于此。本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可以的情况下，不同实施例中的不同零件解决方案可以组合成其他配置。

Claims (35)

1.一种具有多个x射线检测器子模块(21-1、21-2，...)的x射线检测器(20)，其中，每个检测器子模块(21)是具有在至少两个方向上延伸的检测器元件(22)的阵列的侧向检测器子模块，其中，所述方向中的一个在入射的x射线的方向上具有分量，

其中，所述检测器子模块(21)一个接一个地堆叠和/或并排布置，并且

其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，所述检测器子模块(21)被布置用于在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中，所述间隙的至少一部分不线性地指向x射线源(10)的x射线焦点。

2.根据权利要求1所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)在与入射的x射线的所述方向大致垂直的方向上并排布置，并且相邻的检测器子模块(21)之间的所述间隙的至少一部分与源自所述x射线焦点的任何x射线路径不一致，以在所述检测器子模块(21)之间的间隙延伸处提供至少一个所述检测器子模块的检测覆盖。

3.根据权利要求1或2所述的x射线检测器，其中，相邻的检测器子模块(21)共享相同的检测器元件(22)的信息和/或组合来自相邻的检测器模块的不同的检测器元件(22)的输出信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的x射线检测器，其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，相邻的检测器子模块(21)具有在入射的x射线的所述方向上至少部分重叠的检测区域。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的x射线检测器，其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，所述检测器子模块(21)被布置成允许穿过间隙区域中的两个相邻的检测器子模块的x射线被两个检测器子模块中的检测器元件(22)检测。

6.根据权利要求5所述的x射线检测器，其中，能够在随后的信号处理期间对源自所述x射线的所述两个相邻的检测器模块(21)的检测器元件(22)的输出信号进行组合，以进行光子计数。

7.根据权利要求5或6所述的x射线检测器，其中，第一检测器子模块(21-1)的位于最靠近所述间隙的至少一个检测器元件(22)，即边缘元件，在朝向所述焦点的所述方向上与第二检测器子模块(21-2)的位于不最靠近所述间隙的至少一个检测器元件(22)，即非边缘元件，成一直线。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)的至少一部分以相对于所述x射线源(10)的所述x射线焦点略微弯曲的整体配置并排布置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的x射线检测器，其中，每个侧向检测器子模块(21)是深度分段的x射线检测器，所述每个侧向检测器子模块(21)在所述入射的x射线的所述方向上具有检测器元件(22)的两个或多个深度分段。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的x射线检测器，其中，每个检测器子模块(21)基于其中布置有所述检测器元件(22)的基板，并且每个检测器子模块(21)具有沿所述检测器子模块的侧面围绕检测器元件的所述阵列的外部保护环结构。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)是平面模块，并且，对于所述检测器子模块的至少一部分，所述检测器子模块(21)在所述检测器子模块的面内方向上并排布置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的x射线检测器，其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，所述检测器子模块(21)在计算机断层扫描CT系统的z方向上和/或在与所述z方向垂直的方向上并排布置。

13.根据权利要求12所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)在大致垂直于所述z方向的方向上并排布置，并且检测器子模块(21)也沿所述z方向一个接一个地堆叠。

14.根据权利要求12所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)大致在所述z方向上并排布置，并且检测器模块(21)也沿着大致垂直于所述z方向的方向堆叠。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的x射线检测器，其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，所述检测器子模块(21)被布置为在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中，对于所述间隙的至少一部分，所述间隙相对于来自所述x射线焦点的x射线束路径具有非零角度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的x射线检测器，其中，对于所述检测器子模块(21)的至少一部分，所述检测器子模块(21)的侧边缘是倾斜边缘或所述侧边缘具有阶梯状配置。

17.根据权利要求16所述的x射线检测器系统，其中，所述检测器子模块(21)具有梯形和/或平行四边形的几何形式。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的x射线检测器，其中，所述检测器子模块(21)是侧向硅传感器，所述侧向硅传感器以电极成形并图案化，以允许所述侧向硅传感器当被彼此相邻放置时，略微重叠。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的x射线检测器，其中，所述x射线检测器(20)是光子计数x射线检测器。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的x射线检测器，其中，在检测器子模块(21)的侧边缘处的检测器元件(22)包括具有圆角的锥形边缘分段，其中，所述圆角的尖端半径等于或大于最小允许半径。

21.根据权利要求20所述的x射线检测器，其中，所述圆角的所述尖端半径等于或大于电荷云半径。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的x射线检测器，其中，修改所述检测器元件(22)的电极图案以维持有效的检测区域和/或最小化空的硅传感器区域。

23.根据权利要求22所述的x射线检测器，其中，边缘检测器元件(22-2)的至少一部分的宽度大于邻近的检测器元件(22-1)的宽度和/或邻近的检测器元件(22-1)的至少一部分的宽度大于对应的边缘检测器元件(22-2)的最大宽度。

24.根据权利要求23所述的x射线检测器，其中，所述邻近的检测器元件(22-1)延伸到边缘检测器元件(22-2)的检测线中。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的x射线检测器，其中，对子检测器模块(21)的所述保护环结构的至少一部分进行了修改，以允许所述保护环结构在所述子检测器模块(21)的所述传感器区域的所述边缘处紧紧跟随所述检测器元件(22)。

26.根据权利要求25所述的x射线检测器，其中，所述保护环结构包括植入物和多个保护环，并且延伸或修改所述植入物的部分和/或所述保护环中的至少一个的部分以允许所述保护环结构在所述传感器区域的所述边缘处跟随所述检测器元件(22)的电极。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的x射线检测器，其中，来自边缘检测器元件(22)的布线迹线(23)通过离所述边缘几步的检测器元件之间的间隙被路由至读出焊盘或电路。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的x射线检测器，其中，来自边缘检测器元件(22)的布线迹线(23)通过所述边缘检测器元件与其邻近的检测器元件之间的间隙被路由至读出焊盘或电路。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的x射线检测器，其中，来自边缘检测器元件(22)的布线迹线(23)通过边缘检测器元件与保护环结构之间的间隙被路由至读出焊盘或电路。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的x射线检测器，其中，每个所述检测器子模块(21)具有一组准直仪，并且所述准直仪的放置至少部分地基于跨间隙区的检测器条检测效率分布来确定和实现。

31.根据权利要求30所述的x射线检测器，其中，所述准直仪以与具有最低检测效率的所述相邻的子检测器模块(21)之间的交叉区处的那些边缘检测器元件(22)偏移的方式布置。

32.一种x射线成像系统(100)，包括根据权利要求1至31中任一项所述的x射线检测器(20)。

33.一种具有多个x射线检测器子模块(21-1、21-2，...)的x射线传感器系统(20)，其中，每个检测器子模块(21)是侧向检测器子模块，

其中，i)所述检测器子模块(21)并排布置，以及ii)所述检测器子模块(21)被布置为在相邻的检测器子模块之间提供间隙，其中，所述间隙的至少一部分与来自x射线源(10)的x射线焦点的任何x射线路径不一致，以在所述检测器子模块之间的交叉区处由所述检测器子模块(21)中的至少一个提供检测覆盖。

34.根据权利要求33所述的x射线传感器系统，其中，所述相邻的检测器子模块(21)具有包括一个或多个检测器元件(22)的在入射的x射线的方向上至少部分重叠的检测区域。

35.根据权利要求33或34所述的x射线传感器系统，其中，所述检测器子模块(21)是侧向硅传感器，所述侧向硅传感器用电极成形和图案化，以允许所述侧向硅传感器当被彼此相邻放置时略微重叠。

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