CN112534247A - 多源锥束计算机断层扫描 - Google Patents

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CN112534247A CN201880095338.6A CN201880095338A CN112534247A CN 112534247 A CN112534247 A CN 112534247A CN 201880095338 A CN201880095338 A CN 201880095338A CN 112534247 A CN112534247 A CN 112534247A
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Abstract

本文公开一种装置(10)，其包括：第一辐射源(12)，其被配置为产生朝向物体(50)的第一发散辐射束(11)；第二辐射源(14)，其被配置为产生朝向所述物体的第二发散辐射束(13)；以及图像传感器(9000)。所述图像传感器(9000)、所述第一辐射源(12)和所述第二辐射源(14)被配置为围绕所述物体(50)旋转，并且在围绕所述物体(50)的旋转期间所述图像传感器(9000)、所述第一辐射源(12)和所述第二辐射源(14)之间的相对位置被固定。本文也公开使用所述装置(10)的方法。

Description

多源锥束计算机断层扫描
【背景技术】
锥束计算机断层扫描(CBCT)是一种类型的计算机断层扫描。与传统CT相比，CBCT使用发散的辐射束来照亮被成像的物体，并且可以提供更好的图像精度，较短的扫描时间和较低的剂量。CBCT可用于各种应用中，例如种植学、正畸、整形外科和介入放射学。
【发明内容】
本文公开一种装置，其包括：第一辐射源，其被配置为产生朝向物体的第一发散辐射束；第二辐射源，其被配置为产生朝向物体的第二发散辐射束；以及图像传感器。所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源被配置为围绕物体旋转，在围绕所述物体旋转期间，所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源之间的相对位置被固定。
根据实施例，所述装置还包括控制器，其被配置为以独立于所述第二辐射源的方式激活以及停用所述第一辐射源，并被配置为以独立于所述第一辐射源的方式激活以及停用所述第二辐射源。
根据实施例，所述装置还包括快门，其被配置为可控制地阻止所述第一发散辐射束到达所述物体，并可控地阻止所述第二发散辐射束到达所述物体。
根据实施例，所述图像传感器被配置为用所述第一发散辐射束或用所述第二发散辐射束拍摄所述物体的部分的图像。
根据实施例，所述图像传感器包括具有多个辐射传输区和一个辐射阻挡区的准直器。所述辐射阻挡区被配置为：对于否则将入射到图像传感器死区上的辐射进行阻挡，并且所述辐射传输区被配置为：至少传输将入射到所述图像传感器有效区上的辐射的部分。
根据实施例，所述装置还包括具有多个辐射传输区和一个辐射阻挡区的面罩。所述辐射阻挡区被配置为：对于否则将通过所述物体入射到所述图像传感器死区上的所述第一发散辐射束的部分进行阻挡，并且所述面罩的辐射传输区被配置为：至少传输将入射到所述图像传感器的有效区上的所述第一发散射束的部分。
根据实施例，所述图像传感器包括：彼此间隔开的多个辐射检测器。所述图像传感器被配置为用所述辐射检测器和所述第一发散辐射束来拍摄所述物体的第一部分的图像，并且被配置为用所述辐射检测器和所述第二发散辐射束来拍摄所述物体的第二部分的图像。所述图像传感器被配置为通过对所述第一部分的图像和所述第二部分的图像进行缝合而形成所述物体的图像。
根据实施例，当所述图像传感器拍摄所述物体的第一部分的图像时所述第一辐射源处于相对于所述物体的第一位置，当所述图像传感器拍摄所述物体的第二部分的图像时所述第二辐射源处于相对于所述物体的第二位置。所述第一位置和所述第二位置是相同的。
根据实施例，所述多个辐射检测器中的至少一些以交错的行排列。
根据实施例，同一行中的辐射检测器的尺寸是一致的。同一行的两个相邻的辐射检测器之间的距离大于同一行中的一个辐射检测器沿所述行的延伸方向上的宽度，并且小于那个宽度的两倍。
根据实施例，所述多个辐射检测器中的至少一些的形状是矩形。
根据实施例，所述多个辐射检测器中的至少一些的形状是六边形。
根据实施例，所述多个辐射检测器中的至少一个包括辐射吸收层和电子层。所述辐射吸收层包括电极。所述电子层包括电子系统。所述电子系统包括：第一电压比较器，其被配置为将所述电极的电压与第一阈值进行比较，第二电压比较器，其被配置为将所述电压与第二阈值进行比较，计数器，其被配置为记录到达所述辐射吸收层的辐射的粒子数；以及控制器。所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时刻开始时间延迟。所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器。所述控制器被配置为：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过所述第二阈值的绝对值，使由所述计数器记录的数增加一。
根据实施例，所述电子系统还包括电连接到电极的积分器。所述积分器被配置为从所述电极收集电荷载流子。
根据实施例，所述控制器被配置为在所述时间延迟的开始或终止时激活所述第二电压比较器。
根据实施例，所述电子系统还包括电压表。所述控制器被配置为在所述时间延迟终止时引起所述电压表测量所述电压。
根据实施例，所述控制器被配置为：基于在所述时间延迟的终止时所测量的电压的值来确定辐射粒子的能量。
根据实施例，所述控制器被配置为将所述电极连接到电接地。
根据实施例，在所述时间延迟终止时，所述电压的变化率基本上是零。
根据实施例，在所述时间延迟终止时，所述电压的变化率基本上是非零。
本文公开一种方法，其包括：将第一辐射源放置在相对于物体的相对位置；将第一发散辐射束从所述第一辐射源导向所述物体；使用图像传感器用所述第一发散辐射束拍摄所述物体的第一部分的图像；将第二辐射源放置在相对于所述物体的所述相对位置处；将第二发散辐射束从所述第二辐射源导向所述物体；使用所述图像传感器用所述第二发散辐射束拍摄所述物体的第二部分的图像；通过对所述第一部分的图像和所述第二部分的图像进行缝合而形成所述物体的图像。所述图像传感器，所述第一辐射源和所述第二辐射源被配置为围绕所述物体旋转。在所述旋转期间，所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源之间的相对位置被固定。
根据实施例，在当所述第一辐射源不处于所述相对位置时，所述第一辐射源被停用，并且当所述第二辐射源不处于所述相对位置时，所述第二辐射源被停用。
根据实施例，当所述第一辐射源不处于所述相对位置时，阻挡所述第一辐射源产生的辐射到达所述物体；并且当所述第二辐射源不处于所述相对位置，阻档所述第二辐射源产生的辐射到达所述物体。
根据实施例，当所述第一辐射源处于所述相对位置时，对于否则将穿过所述物体入射到所述图像传感器的死区的所述第一发散辐射束的部分进行阻挡；并且当所述第二辐射源处于所述相对位置时，对于否则将穿过所述物体入射到所述图像传感器的死区的所述第二发散辐射束的部分进行阻挡。
根据实施例，所述图像传感器包括彼此间隔开的多个辐射检测器。拍摄所述物体的第一部分的图像包括：用所述辐射检测器接收穿过所述物体的所述第一发散辐射束的部分。拍摄所述物体的第二部分的图像包括：用所述辐射检测器接收穿过所述物体的第二发散辐射束的部分。
根据实施例，所述物体的第一部分的图像和所述物体的第二部分的图像具有空间重叠。
根据实施例，定位所述第一辐射源包括围绕所述物体旋转所述第一辐射源、所述第二辐射源以及所述图像传感器。
【附图说明】
图1A和图1B各自示意性地示出根据实施例的装置。
图2示意性地示出根据实施例的装置的控制器。
图3A示意性地示出根据实施例的装置的图像传感器的辐射检测器的截面图。
图3B示意性地示出根据实施例的辐射检测器的详细截面图。
图3C示意性地示出根据实施例的辐射检测器的备选的详细横截面图。
图4示意性地示出：根据实施例，辐射检测器可以具有像素阵列。
图5A示意性地示出包括辐射检测器和印刷电路板(PCB)的封装体的顶视图。
图5B示意性地示出图像传感器的截面图，这里将图5A的多个封装体安装到另一个PCB上。
图6A和图6B示意性地示出根据实施例的装置的第一面罩。
图6C和图6D示意性地示出根据实施例的装置的第二面罩。
图7示意性地示出根据实施例的图像传感器的准直器。
图8A示意性地示出：根据实施例，物体的图像能由缝合物体的多个不同部分的图像而形成。
图8B示意性地示出：根据实施例，物体的图像能由缝合物体的多个不同部分的图像而形成。
图9A-图9C示意性地示出：根据一些实施例，图像传感器中的检测器的布置。
图10示意性地示出：根据实施例，辐射检测器呈六边形。
图11示意性地示出：根据实施例，使用所述装置的方法的流程图。
图12A和图12B各自示出：根据实施例，图3A、图3B和图3C中的检测器的电子系统的部件图。
图13示意性地示出：根据实施例，流经暴露于辐射的辐射吸收层的二极管或电触点的电极的电流的时间变化(上部曲线)，所述电流由入射到辐射吸收层的辐射粒子产生的电荷载流子引起，以及相应的电极的电压的时间变化(下曲线)。
图14示意性地示出：根据实施例，在电子系统(其以图13所示的方式运作)中，由噪声(例如，暗电流)引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)，以及相应的电极的电压的时间变化(下曲线)。
图15示意性地示出：根据实施例，当所述电子系统以较高的速率运作来检测入射辐射粒子时，流过暴露于辐射的辐射吸收层的电极的电流的时间变化(上曲线)，所述电流由由入射到辐射吸收层上的辐射粒子产生的电荷载流子引起，以及相应的电极的电压的时间变化(下曲线)。
图16示意性地示出：根据实施例，在电子系统(其以图15所示的方式运作)中，由噪声(例如，暗电流)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)，以及相应的电极的电压的时间变化(下曲线)。
图17示意性地示出：根据实施例，在电子系统(其以图15所示的RST在te之前终止的方式运作)中，由入射到辐射吸收层的系列辐射粒子产生的电荷载流子引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)，以及相应的电极电压的时间变化。
【具体实施方式】
图1A和图1B各自示意性地示出根据实施例的装置10。装置10包括第一辐射源12，第二辐射源14，和图像传感器9000。装置10可以包括一个或多个附加辐射源。第一辐射源12被配置成产生朝向物体50的第一发散辐射束11。第二辐射源14被配置为产生朝向物体50的第二发散辐射束辐射13。图像传感器9000可用第一发散辐射束11或第二发散辐射束13拍摄物体50的部分的图像。图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14被配置为围绕物体50关于一个或多个轴旋转，并且在围绕物体50旋转期间，图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14之间的相对位置被固定。例如，图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14可安装在刚性框架15上。
根据实施例，第一辐射源12和第二辐射源14可以各自是辐射源、或伽玛射线源。物体50可以是人或容器。
图1A和图1B示出：在第一辐射源12、第二辐射源14、所述图像传感器9000集体围绕物体50旋转(该旋转到这样一个程度，以至于图1A中的第一辐射源12和图1B中的第二辐射源14在相对于物体50的相同位置)之前和之后，第一辐射源12、第二辐射源14、以及图像传感器9000分别相对于物体50的位置。在图1A和图1B中图像传感器9000处于相对于物体50不同的位置。在图1A中，第一辐射源12被激活并且第一发散辐射束11被导向物体50。图1A中的图像传感器9000可以用第一发散辐射束11拍摄物体50的部分的图像。在图1B中第二辐射源14被激活并且第二发散辐射束13被导向物体50。在图1B中图像传感器9000可以用第二发散辐射束13拍摄物体50的另一部分的图像。
根据实施例，装置10可以包括如图1所示的快门22。快门22可被配置为可控地阻挡第一发散辐射束11到达物体50，并且可控地阻挡第二发散辐射束13到达物体50。快门22可具有一个或多个开口。快门22可具有相对于第一辐射源12、第二辐射源14和图像传感器9000的固定位置。即，快门22可相对于物体50随着第一辐射源12、第二辐射源14和图像传感器9000旋转。
如图2示意性示出，根据实施例，装置10可以包括控制器20。控制器20被配置为：以独立于第二辐射源14的方式激活和停用第一辐射源12，并且被配置为：以独立于第一辐射源12的方式激活和停用所述第二辐射源14。这里，激活辐射源可包含使其产生辐射；停用辐射源可包含使其不产生辐射。控制器20可以与第一辐射源12和第二辐射源14电连接。在例子中，控制器20通过分别启动和停止向它们提供电源来激活和停用第一辐射源12以及第二辐射源14。
图像传感器9000可以具有多个辐射检测器100。辐射检测器100可以彼此间隔开。图3A示意示出根据实施例的图像传感器9000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)，用于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，辐射检测器100不包括闪烁体。辐射吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合。所述半导体对于装置10的辐射源产生的辐射可具有高的质量衰减系数。
如在图3B中的检测器100的详细横截面图中示出的，根据实施例，辐射吸收层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。离散区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3B中的示例中，第二掺杂区113的离散区114中的每个与第一掺杂区111和本征区112(可选)一起形成二极管。即，在图3B中的示例中，辐射吸收层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。
当辐射粒子撞击辐射吸收层110(其包括二极管)时，辐射粒子可被吸收并且通过多个机制产生一个或多个载流子。一个辐射粒子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向二极管中的一个的电极漂移。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。在实施例中，载流子可在多个方向上漂移使得单个辐射粒子产生的载流子大致未被两个不同离散区114共用(“大致未被共用”在这里意指这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流向与余下载流子不同的离散区114中的一个)。在这些离散区114中的一个的足迹周围入射的辐射粒子产生的载流子大致未与这些离散区114中的另一个共用。与离散区114关联的像素150可以是围绕离散区114的区域，由其中入射的辐射粒子产生的载流子中的大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向离散区114。即，这些载流子中不到2％、不到1％、不到0.1％或不到0.01％流到像素外。
如在图3C中的辐射检测器100的可供替代的详细横截面图中所示，根据实施例，辐射吸收层110可包括具有半导体材料(例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合)的电阻器，但不包括二极管。所述半导体对于装置10中的辐射源产生的辐射可具有高的质量衰减系数。
在辐射粒子撞击辐射吸收层110(其包括电阻器但不包括二极管)时，它可被吸收并且通过多个机制产生一个或多个载流子。一个辐射粒子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向电触点119A和119B漂移。场可以是外部电场。电触点119B包括离散部分。在实施例中，载流子可在多个方向上漂移使得单个辐射粒子产生的载流子大致未被电触点119B的两个不同离散部分共用(“大致未被共用”在这里意指这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流向与余下载流子不同的离散区中的一个)。在电触点119B的这些离散部分中的一个的足迹周围入射的辐射粒子产生的载流子大致未与电触点119B的这些离散部分中的另一个共用。与电触点119B的离散部分关联的像素150可以是围绕离散部分的区域，由其中入射的辐射粒子产生的载流子中的大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向电触点119B的离散部分。即，这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流到与电触点119B的一个离散部分关联的像素外。
电子层120可包括电子系统121，其适合于处理或解释辐射吸收层110上入射的辐射粒子产生的信号。电子系统121可包括模拟电路，例如滤波网路、放大器、积分器和比较器，或数字电路，例如微处理器和内存。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到辐射吸收层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4示意示出检测器100可具有像素150的阵列。所述阵列可以是矩形阵列、蜂窝状阵列、六边形阵列或任何其他适合的阵列。每个像素150可配置成检测其上入射的辐射粒子、测量辐射粒子的能量或两者兼而有之。例如，每个像素150可配置成在一段时间内对其上入射的、能量落在多个仓中的辐射粒子的数目计数。所有像素150可配置成在相同时段内对其上入射的、在多个能量仓内的辐射粒子的数目计数。每个像素150可具有它自己的模数转换器(ADC)，其配置成使代表入射辐射粒子的能量的模拟信号数字化为数字信号。ADC可具有10位或更高的分辨率。每个像素150可配置成测量它的暗电流，例如在每个辐射粒子入射在其上之前或与之并发。每个像素150可配置成从其上入射的辐射粒子的能量减去暗电流的贡献。像素150可配置成并行操作。例如，在一个像素150测量入射辐射粒子时，另一个像素150可等待辐射粒子到达。像素150可以但不必独立可寻址。
图像传感器9000的辐射检测器可以按任何合适的方式布置。图5A和图5B示出在图像传感器9000中的辐射检测器的布置的例子。一个或多个辐射检测器100可以安装在印刷电路板(PCB)400上。这里使用的术语"PCB"不限于特定材料。例如，PCB可以包括半导体。辐射检测器100可安装在PCB400上。为了清楚起见，没有示出辐射检测器100和PCB400之间的线。PCB400和安装在其上的辐射检测器100可以称为封装200。PCB400可具有未被辐射检测器100覆盖的区域(例如，用于容纳接合线410的区域)。辐射检测器100的每个都可以具有有效区190，其是像素150位置所在处。辐射检测器100的每个可以具有靠近边缘的周边区域195。周边区域195没有像素，并且入射到周边区域195上的辐射粒子不被检测。
图5B示意性地示出图像传感器9000可以具有PCB450系统，其上安装有多个封装200。图像传感器9000可以包括一个或多个PCB450这样的系统。封装200中的PCB400和系统PCB450之间的电连接可以由焊线410形成。为了容纳PCB400上的焊线410，PCB400具有未被辐射检测器100覆盖的区域405。为了容纳系统PCB450上的焊线410，封装件200之间具有间隙。图像传感器9000中的辐射检测器100的有效区190被统称为图像传感器9000的有效区。图像传感器9000的其他区域，例如周边区域195、区域405或封装200之间的间隙，入射于其上的辐射不能被图像传感器9000检测，被统称为所述图像传感器9000的死区。
图6A和图6B示意性地示出装置10可以具有第一面罩26。根据实施例，第一面罩26可具有多个辐射传输区2602和一个辐射阻挡区2604。图6B示意性地示出：根据实施例，辐射阻挡区域2604被配置为阻挡第一发散辐射束11的部分(否则，其将穿过物体50入射到图像传感器9000的死区9004上)，并且辐射传输区2602被配置为至少传输第一发散辐射束11的部分(其将入射到图像传感器9000的有效区9002上)。
根据实施例，第一面罩26可以由诸如铅的材料制成。第一面罩26的辐射传输区2602可以是多个孔。第一面罩26的辐射阻挡区可以是除了这些孔之外的区域。
根据实施例，第一面罩26可以位于第一辐射源12和物体50之间。第一面罩26可减少物体50接收的辐射剂量。
图6C和图6D示意性地示出装置10可以具有第二面罩28。根据实施例，第二面罩28可具有多个辐射传输区2802和一个辐射阻挡区2804。图6D示意性地示出：根据实施例，辐射阻挡区2804被配置为：对于否则将穿过物体50入射在图像传感器9000的死区9004上的第二发散辐射束13的部分进行阻挡。并且辐射传输区域2802被配置为至少传输将入射到图像传感器9000的有效区9002上的第二发散辐射束13的部分。
根据实施例，第二面罩28可以由诸如铅的材料制成。第二面罩28的辐射传输区2802可以是多个孔。第二面罩28的辐射阻挡区可以是除了这些孔之外的区域。
根据实施例，第二面罩28可以位于第二辐射源14和物体50之间。第二面罩28可减小物体50接收的辐射剂量。
图7示意性地示出图像传感器9000可以包括准直器2000。根据实施例，准直器2000包括多个辐射传输区2002和一个辐射阻挡区2004。辐射阻挡区2004基本阻挡否则将入射在图像传感器9000的死区9004上的辐射，并且辐射传输区2002至少允许入射到所述图像传感器9000的有效区9002上的辐射的部分通过。辐射传输区2002可以是穿过准直器2000的孔，并且准直器2000的其余部分可以起辐射阻挡区2004的作用。准直器可被靠近图像传感器9000安置。辐射传输区2002可以具有与图像传感器9000的有效区9002稍微不同的尺寸或位置。
如图8A所示，当图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14的位置相对于物体50处于其各自的位置(如图1A所示)时，图像传感器9000用第一发散束11拍摄物体50的部分的图像51A。图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14相对于物体50集体旋转到它们各自相对于物体50的位置(如图1B所示)，这里图像传感器9000用第二发散束13拍摄物体50的另一部分的图像51B。图像传感器9000通过对图像51A和图像51B进行缝合而形成物体50的图像。图像51A和51B可以部分重叠以便于缝合。
根据实施例，装置10可以包括多于两个的辐射源。图8B示意性地示出装置10具有三个辐射源的示例。图像传感器9000分别在相对于物体50的三个不同的位置A，B，C分别用来自所述三个辐射源的发散辐射束拍摄物体50的三个不同部分的图像52A，52B和52C。图像传感器9000通过缝合图像52A，52B和52C形成物体50的图像。图像52A，52B和52C可以部分重叠以便于缝合。辐射源可以是交错的，即不沿直线布置。
辐射检测器100可以以各种方式布置在图像传感器9000中。图9A示意性地示出一种布置，根据实施例，这里所述检测器100以交错的行排列。例如，检测器100A和100B在同一行中，在Y方向上对准，且大小一致；检测器100C和100D为同一行，在Y方向上对准，且大小一致。检测器100A和100B相对于检测器100C和100D在X方向上交错。根据实施例，在两个相邻的辐射检测器100A和100B之间的距离X2，大于同一行的一个辐射检测器的宽度X1(即，维度为X方向，其为所述行的延伸方向)，并且小于宽度X1的两倍。检测器100A和100E在同一列中，沿X方向对准，且大小一致；在同一列中两个相邻的辐射检测器100A和100E之间的距离Y2小于同一列中一个辐射检测器的宽度Y1(即，维度为Y方向)。
图9B示意性地示出根据实施例的另一种布置，这里检测器100布置在矩形网格中。例如，检测器100可以包括检测器100A，100B，100E和100F(正如图9A中布置的)，而没有图9A中的检测器100C，100D，100G或100H。
其他布置也是可能的。例如，在图9C中，辐射检测器100可以跨越图像传感器9000在X方向上的整个宽度，两个相邻检测器100之间的距离Y2小于一个辐射检测器的宽度Y1。
根据实施例，辐射源(例如，12和14)和图像传感器9000可集体地围绕所述物体关于多个轴旋转。
图像传感器9000中的辐射检测器100可以具有任何合适的尺寸和形状。根据实施例(例如，在图9A-图9C)，至少一些辐射检测器的形状是矩形的。根据实施例，如图10所示，至少一些辐射检测器是六边形的。在这样的辐射检测器中，辐射检测器和相应的被对准的准直器可以具有相同的形状。
图11示意性地示出了根据实施例的方法的流程图。在步骤1210中，将第一辐射源12定位在关于物体50的相对位置上。在步骤1220中，第一发散辐射束11被导向物体50，在步骤1230中，图像传感器9000用第一发散辐射束来拍摄物体50的第一部分的图像。在步骤1240中，将第二辐射源14定位在关于物体50相同的相对位置。在步骤1250中，第二发散辐射束13被导向物体50。在步骤1260中，图像传感器9000用第二发散辐射束来拍摄物体50的第二部分的图像。在步骤1270中，通过对所述第一部分的图像和所述第二部分的图像进行缝合而形成物体50的图像。由于图像传感器9000、第一辐射源12和第二辐射源14之间的相对位置是固定的，在步骤1210中定位第一辐射源12也引起第二辐射源14和图像传感器9000的定位，并且在步骤1240中将第二辐射源14定位也引起第一辐射源12和图像传感器9000的定位。
当第一辐射源12不处于所述相对位置时，可以阻止由第一辐射源12产生的辐射到达物体50，并且当第二辐射源14不处于所述相对位置时，可以阻止第二辐射源14产生的辐射到达物体50。例如，可以使用快门22阻挡辐射。
第一辐射源12不处于所述相对位置时可以保持被停用，并且第二辐射源14不处于所述相对位置时可以被停用。
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中的一个和本征区112(可选)形成的二极管。备选地，第一电压比较器301配置成将电触点(例如，电触点119B的离散区)的电压与第一阈值比较。第一电压比较器301可配置成直接监测电压，或通过使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可控地激活或停用。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可配置成被连续激活，并且连续监测电压。配置为连续比较器的第一电压比较器301使系统121错过由入射辐射粒子产生的信号的机会减少。配置为连续比较器的第一电压比较器301在入射辐射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，其具有较低功耗的益处。配置为钟控比较器的第一电压比较器301可导致系统121错过由一些入射辐射粒子产生的信号。在入射辐射强度低时，错过入射辐射粒子的机会因为两个连续粒子之间的间隔相对长而较低。因此，配置为钟控比较器的第一电压比较器301在入射辐射强度相对低时尤其适合。第一阈值可以是一个入射辐射粒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辐射粒子的能量(即，入射辐射的波长)、辐射吸收层110的材料和其它因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302配置成将电压与第二阈值比较。第二电压比较器302可配置成直接监测电压，或通过使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可控地激活或停用。在停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功耗可以是激活第二电压比较器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。如本文使用的，术语实数x的“绝对值”或“模数”|x|是x的非负值而不考虑它的符号。即，
Figure BDA0002878649670000151
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辐射粒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可具有一个电压比较器，其可以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在高的入射辐射通量下操作。然而，具有高的速度通常以功耗为代价。
计数器320配置成记录到达二极管或电阻器的辐射粒子的数目。计数器320可以是软件部件(例如，电脑内存中存储的数目)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可配置成在时间延迟期间(其包括开始和终止)激活第二电压比较器。在实施例中，控制器310配置成在时间延迟开始时激活第二电压比较器。术语“激活”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激活控制器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可配置成引起计数器320记录的数目增加一。
控制器310可配置成促使电压表306在时间延迟终止时测量电压。控制器310可配置成使电极连接到电接地，以便使电压重定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，电极在有限复位时期连接到电接地。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可包括积分器309，其电连接到二极管300的电极或电触点，其中积分器配置成从电极收集载流子。积分器可以包括放大器的反馈路径中的电容器。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带宽来提高信噪比。来自电极的载流子在一段时间(“整合期”)(例如，如在图13中示出的，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定开关将其重定。积分器可以包括直接连接到电极的电容器。
图13示意示出由二极管或电阻器上入射的辐射粒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，辐射粒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或电阻器的电极，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激活控制器310。在TD1期间，控制器310激活第二电压比较器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终止时激活第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302确定在时间t2电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，控制器310引起计数器320记录的数目增加一。在时间te，辐射粒子产生的所有载流子漂移出辐射吸收层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在辐射粒子产生的所有载流子漂移出辐射吸收层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引起电压表306测量电压。该时刻的电压与辐射粒子产生的载流子的数量成正比，其与辐射粒子的能量有关。控制器310可配置成基于电压表306测量的电压确定辐射粒子的能量。确定能量的一个方式是通过使电压装仓。计数器320对于每个仓可具有子计数器。在控制器310确定辐射粒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可能够检测辐射图像并且可以能够分辨每个辐射粒子的辐射粒子能量。
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定。在RST之后，系统121准备检测另一个入射辐射粒子。系统121在图13的示例中可以应对的入射辐射粒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激活它。如果控制器310被停用，可在RST终止之前激活它。
图14示意示出在采用图13中示出的方式操作的系统121中噪声(例如，暗电流、背景辐射、散射辐射、萤光辐射、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，噪声开始。如果噪声未大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值，控制器310未激活第二电压比较器302。如果在时间t1噪声大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值(由第一电压比较器301确定)，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激活第二电压比较器302。在TD1期间，噪声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，噪声结束。在时间ts，时间延迟TD1终止。控制器310可配置成在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可配置成未引起电压表306测量电压。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由于噪声而累积的载流子流到地面并且使电压重定。因此，系统121在噪声抑制方面可非常有效。
图15示意示出当系统121以高于1/(TD1+RST)的速率操作来检测入射辐射粒子时由二极管或电阻器上入射的辐射粒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，辐射粒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激活比时间延迟TD1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激活控制器310。在TD2期间(例如，在TD2终止时)，控制器310激活第二电压比较器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，辐射粒子产生的所有载流子漂移出辐射吸收层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在辐射粒子产生的所有载流子漂移出辐射吸收层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辐射粒子的能量。
在TD2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定。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辐射粒子产生的所有载流子未漂移出辐射吸收层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辐射粒子产生的所有载流子在te漂移出辐射吸收层110而大致为零。在RST后，系统121准备检测另一个入射辐射粒子。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激活它。如果控制器310被停用，可在RST终止之前激活它。
图16示意示出在采用图15中示出的方式操作的系统121中噪声(例如，暗电流、背景辐射、散射辐射、萤光辐射、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，噪声开始。如果噪声未大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值，控制器310未激活第二电压比较器302。如果在时间t1噪声大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值(由第一电压比较器301确定)，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激活第二电压比较器302。在TD2期间噪声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，噪声结束。在时间th，时间延迟TD2终止。控制器310可配置成在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使电极连接到电接地以允许电极上由于噪声而累积的载流子流到地面并且使电压重定。因此，系统121在噪声抑制方面可非常有效。
图17示意示出在采用图15中示出的方式(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辐射粒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)。由每个入射辐射粒子产生的载流子引起的电压曲线被在该粒子之前的残余电压补偿。残余电压的绝对值随每个入射粒子而依次增加。当残余电压的绝对值超出V1时(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辐射粒子入射，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，由此使残余电压重定。残余电压从而未促使计数器320记录的数字增加。
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 (27)

1.一种装置，其包括：
第一辐射源，其被配置为产生朝向物体的第一发散辐射束；
第二辐射源，其被配置为产生朝向所述物体的第二发散辐射束；
图像传感器；
其中所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源被配置为围绕所述物体旋转，在围绕所述物体的旋转期间所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源之间的相对位置被固定。
2.如权利要求1所述的装置，还包括控制器，其被配置为：以独立于所述第二辐射源的方式激活和停用所述第一辐射源，并被配置为：以独立于所述第一辐射源的方式激活和停用所述第二辐射源。
3.如权利要求1所述的装置，其中还包括快门，其被配置为可控地阻挡所述第一发散辐射束到达所述物体，并可控地阻挡所述第二发散辐射束到达所述物体。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述图像传感器被配置为用所述第一发散辐射束或用所述第二发散辐射束来拍摄所述物体的部分的图像。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述图像传感器包括准直器，其具有多个辐射传输区和一个辐射阻挡区；
其中所述辐射阻挡区被配置为：对于否则将入射到所述图像传感器的死区上的辐射进行阻挡，并且所述辐射传输区被配置为：至少传输将入射到所述图像传感器的有效区上的辐射的部分。
6.如权利要求1所述的装置，其中还包括面罩，其具有多个辐射传输区和一个辐射阻挡区；
其中所述辐射阻挡区被配置为：对于否则将穿过所述物体入射到所述图像传感器的死区的所述第一发散辐射束的部分进行阻挡，并且所述辐射传输区被配置为：至少传输将入射到所述图像传感器的有效区上的第一发散辐射束的部分。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述图像传感器包括：
多个辐射检测器，其彼此间隔开；
其中所述图像传感器被配置为：用所述辐射检测器和所述第一发散辐射束来拍摄物体的第一部分的图像，并且被配置为用所述辐射检测器和所述第二发散辐射束来拍摄所述物体的第二部分的图像；
其中所述图像传感器被配置为通过对所述第一部分的图像和所述第二部分的图像进行缝合而形成所述物体的图像。
8.如权利要求7所述的装置，其中当所述图像传感器拍摄所述物体的所述第一部分的图像时所述第一辐射源处于相对于所述物体的第一位置，并且当所述图像传感器拍摄所述物体的所述第二部分的图像时所述第二辐射源处于相对于所述物体的第二位置；其中所述第一位置和所述第二位置是相同的。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述多个辐射检测器中的至少一些以交错的行排列。
10.如权利要求7所述的图像传感器，其中同一行的辐射检测器的尺寸是一致的；其中在同一行中相邻的两个辐射检测器之间的距离大于同一行中一个辐射检测器沿行延伸方向的宽度，并且小于那个宽度的两倍。
11.如权利要求7所述的装置，其中所述多个辐射检测器中的至少一些的形状是矩形。
12.如权利要求7所述的装置，其中所述多个辐射检测器中的至少一些的形状是六边形。
13.如权利要求7所述的装置，其中所述多个辐射检测器中的至少一个包括辐射吸收层和电子层；
其中所述辐射吸收层包括电极；
其中所述电子层包括电子系统；
其中所述电子系统包括：
第一电压比较器，其被配置为将电极的电压与第一阈值进行比较，
第二电压比较器，其被配置为将电压与第二阈值进行比较，
计数器，其被配置为记录到达所述辐射吸收层的辐射粒子数，以及
控制器；
其中所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时刻开始时间延迟；
其中所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；
其中所述控制器被配置为：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过第二阈值的绝对值，引起由所述计数器记录的数增加一。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述电子系统还包括电连接到所述电极的积分器，其中所述积分器被配置成从所述电极收集电荷载流子。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述控制器被配置为在所述时间延迟的开始或终止时激活所述第二电压比较器。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述电子系统还包括电压表，其中所述控制器被配置为在所述时间延迟终止时引起所述电压表测量所述电压。
17.如权利要求13所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述时间延迟终止时所测量的电压的值来确定辐射粒子的能量。
18.如权利要求13所述的装置，其中所述控制器被配置为将所述电极连接到电接地。
19.如权利要求13所述的装置，其中所述电压的变化率在所述时间延迟终止时基本为零。
20.如权利要求13所述的装置，其中所述电压的变化率在所述时间延迟终止时基本为非零。
21.一种方法，其包括：
将第一辐射源定位在关于物体的相对位置；
将第一发散辐射束从所述第一辐射源导向所述物体；
使用图像传感器用所述第一发散辐射束来拍摄所述物体的第一部分的图像；
将第二辐射源定位在关于所述物体的所述相对位置；
将第二发散辐射束从所述第二辐射源导向到所述物体；
使用所述图像传感器用所述第二发散辐射束来拍摄物体的第二部分的图像；
通过缝合第一部分的图像和第二部分的图像形成所述物体的图像；
其中所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源被配置为围绕所述物体旋转，并且在围绕所述物体的旋转期间所述图像传感器、所述第一辐射源和所述第二辐射源之间的相对位置被固定。
22.如权利要求21所述的方法，其中：
当所述第一辐射源不处于所述相对位置时所述第一辐射源被停用，并且当所述第二辐射源不处于相对位置时所述第二辐射源被停用。
23.如权利要求21所述的方法，其中：
当所述第一辐射源不处于所述相对位置时阻止由所述第一辐射源产生的辐射到达所述物体，当所述第二辐射源不处于所述相对位置时阻止由所述第二辐射源产生的辐射到达所述物体。
24.如权利要求21所述的方法，其中当所述第一辐射源处于所述相对位置时对于否则将穿过所述物体入射到所述图像传感器死区的所述第一发散辐射束的部分进行阻挡，并且当所述第二辐射源处于所述相对位置时对于否则将穿过所述物体入射到所述图像传感器死区的所述第二发散辐射束的部分进行阻挡。
25.如权利要求21所述的方法，其中所述图像传感器包括彼此间隔开的多个辐射检测器；
其中拍摄所述物体的第一部分的图像包括用所述辐射检测器接收穿过所述物体的所述第一发散辐射束的部分；
其中拍摄所述物体的第二部分的图像包括用所述辐射检测器接收所述穿过所述物体的所述第二发散辐射束的部分。
26.如权利要求21所述的方法，其中所述物体第一部分图像和所述物体第二部分图像具有空间重叠。
27.如权利要求21所述的方法，其中定位所述第一辐射源包括将所述第一辐射源、所述第二辐射源和所述图像传感器围绕所述物体旋转。
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