CN113286546B - 一种具有不同方向辐射检测器的成像系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种系统(1000)，其包括：辐射源(109)；图像传感器(9000)；其中所述图像传感器(9000)包括第一辐射检测器(100A)和第二辐射检测器(100B)，其分别包括一个平面表面，所述平面表面被配置为接收来自辐射源(109)的辐射；其中所述第一辐射检测器(100A)的所述平面表面(103A)与所述第二辐射检测器(100B)的所述平面表面(103B)不平行；其中所述第一辐射检测器(100A)和所述第二辐射检测器(100B)被配置为相对于所述辐射源(109)移动到多个位置；其中所述图像传感器(9000)被配置为，通过使用所述第一辐射检测器(100A)和所述第二辐射检测器(100B)并与所述辐射一起，分别在所述位置捕获场景(50)的部分的图像，并被配置为通过拼接所述各部分的图像而形成所述场景(50)的图像；其中所述系统(1000)被配置为相对于所述场景(50)围绕第三轴线(509)旋转。

Description

一种具有不同方向辐射检测器的成像系统
【背景技术】
辐射检测器是可用于测量辐射的通量、空间分布、光谱或其他特性的装置。
辐射检测器可用于许多应用，其中一个重要的应用是成像。辐射成像是一种射线照相技术，其可用于揭示非均匀组成和不透明物体，比如人体，的内部结构。
早期用于成像的辐射检测器包括摄影板和摄影胶片。摄影板可以是具有光敏乳剂涂层的玻璃板。尽管摄影板后来被摄影胶片取代，但由于它们提供的优良品质和极端稳定性，使得它们仍可用于特殊情况。摄影胶片可以是具有光敏乳剂涂层的塑料薄膜(比如，条状或片状)。
在20世纪80年代，可光激发的磷光板(PSP板)开始可用。PSP板可在其晶格中包含具有色心的磷光体材料。当PSP板暴露于辐射时，由辐射激发的电子被捕获在色心中，直到它们被在PSP板表面上扫描的激光束刺激。当激光扫描所述PSP板时，被捕获的激发电子发出光，这些光被光电倍增管收集，收集的光被转换成数字图像。与摄影板和摄影胶片相比，PSP版可重复使用。
另一种辐射检测器是辐射图像增强器。辐射图像增强器的组件通常在真空中密封。与摄影板、摄影胶片以及PSP板相比，辐射图像增强器可产生实时图像，即，不需要曝光后处理来产生图像。辐射首先撞击输入磷光体(例如，碘化铯)并被转换成可见光。然后可见光撞击光电阴极(例如，含有铯和锑化合物的薄金属层)并引起电子发射。发射的电子数目与入射辐射的强度成正比。发射的电子通过电子光学器件投射到输出磷光体上并使输出磷光体产生可见光图像。
闪烁体在某种程度上与辐射图像增强器的操作类似，因为闪烁体(例如，碘化钠)吸收辐射并发射可见光，然后可通过合适的图像传感器检测到可见光。在闪烁体中，可见光在所有方向上扩散和散射，从而降低空间分辨率。减小闪烁体厚度有助于改善空间分辨率，但也减少了辐射的吸收。因此，闪烁体必须在吸收效率和分辨率之间达成折衷。
半导体辐射检测器通过将辐射直接转换成电信号很大程度上克服了如上所述问题。半导体辐射检测器可包括吸收感兴趣波长辐射的半导体层。当在半导体层中吸收辐射粒子时，产生多个载流子(例如，电子和空穴)并在电场下朝向半导体层上的电触点扫过。当前可用的半导体辐射检测器(例如，Medipix)中所需的繁琐的热管理可使得具有较大面积和大量像素的半导体辐射检测器难以生产或不可能生产。
【发明内容】
本文公开一种系统，其包括：辐射源；图像传感器；其中所述图像传感器包括第一辐射检测器和第二辐射检测器，其分别包括一个平面表面，所述平面表面被配置为接收来自辐射源的辐射；其中所述第一辐射检测器的所述平面表面与所述第二辐射检测器的所述平面表面不平行；其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为相对于所述辐射源移动到多个位置；其中所述图像传感器被配置为，通过使用所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器并与所述辐射一起，分别在所述位置捕获场景的部分的图像，并被配置为通过拼接所述各部分的图像而形成所述场景的图像；其中所述系统被配置为相对于所述场景围绕第三轴线旋转。
根据实施例，所述第一辐射检测器相对于所述第二辐射检测器的相对位置保持相同。
根据实施例，所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过相对于所述辐射源围绕第一轴线旋转从而相对于所述辐射源移动。
根据实施例，所述第一轴线平行于所述第一辐射检测器的平面表面和所述第二辐射检测器的平面表面。
根据实施例，所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过相对于所述辐射源围绕第二轴线旋转从而相对于所述辐射源移动；其中所述第二轴线不同于所述第一轴线。
根据实施例，所述辐射源在所述第一轴线上。
根据实施例，所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过沿着相对于所述辐射源的第一方向平移从而相对于所述辐射源移动。
根据实施例，所述第一方向平行于所述第一辐射检测器的所述平面表面和所述第二辐射检测器的所述平面表面。
根据实施例，所述第一方向平行于所述第一辐射检测器的所述平面表面，但不平行于所述第二辐射检测器的所述平面表面。
根据实施例，所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过沿着相对于所述辐射源的第二方向平移从而相对于所述辐射源移动；其中所述第二方向不同于所述第一方向。
根据实施例，所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器各自包括一个像素阵列。
根据实施例，所述第一辐射检测器的形状是矩形。
根据实施例，所述第一辐射检测器的形状是六边形。
根据实施例，所述辐射源在所述第三轴线上。
根据实施例，所述图像传感器在所述第三轴线上。
根据实施例，所述系统被配置为相对于所述场景围绕不同于所述第三轴线的第四轴线旋转。
根据实施例，所述辐射源在所述第四轴线上。
根据实施例，所述图像传感器在所述第四轴线上。
根据实施例，所述图像传感器被配置为当所述系统分别处于相对于所述场景的多个旋转位置时形成所述场景的图像。
本文公开一种使用如上所述的系统的方法，其中所述方法包括：当所述系统位于相对于所述场景的第一旋转位置时，利用所述图像传感器形成所述场景的第一个图像；将所述系统相对于所述场景围绕所述第三轴线旋转到相对于所述场景的第二旋转位置；当所述系统位于相对于所述场景的第二旋转位置时，利用所述图像传感器形成所述场景的第二个图像。
根据实施例，所述辐射源在所述第三轴线上。
根据实施例，所述图像传感器在所述第三轴线上。
根据实施例，所述方法进一步包括将所述系统相对于所述场景围绕所述第四轴线旋转至相对于所述场景的第三旋转位置；并且当所述系统处于相对于所述场景的所述第三旋转位置时，利用所述图像传感器形成场景的第三图像。其中所述第四轴线不同于所述第三轴线。
根据实施例，所述辐射源在所述第四轴线上。
根据实施例，所述图像传感器在所述第四轴线上。
【附图说明】
图1示意示出根据实施例的一种成像系统的一部分的横截面图。
图2A示意示出根据实施例的辐射检测器的横截面图。
图2B示意示出根据实施例的所述辐射检测器的详细横截面图。
图2C示意示出根据实施例的所述辐射检测器的详细横截面替代图。
图3示意示出根据实施例的所述装置可具有像素阵列。
图4A示意示出，当一个辐射粒子以斜入射角穿过所述辐射吸收层时，在多个像素中产生的载流子。
图4B示意示出，当一个辐射粒子以0°入射角穿过所述辐射吸收层时，在单个像素中产生的载流子。
图5示意示出根据实施例的所述图像传感器的功能框图。
图6A和图6B分别示意示出根据实施例的所述图像传感器的辐射检测器相对于辐射源的移动。
图7A和图7B分别示意示出根据实施例的所述成像系统相对于场景围绕穿过所述辐射源的第三轴的旋转。
图8A和图8B分别示意示出根据实施例的所述成像系统相对于场景围绕穿过所述图像传感器的第三轴的旋转。
图9示意示出根据实施例的所述图像传感器捕获场景的部分的图像。
图10A-图10C示意示出根据一些实施例的所述辐射检测器在所述图像传感器中的排列。
图11示意示出根据实施例的具有多个六边形辐射检测器的图像传感器。
图12示意示出根据实施例的一种形成场景图像的方法的流程图，所述方法通过拼接在多个位置捕获的所述场景的多个部分的图像来形成所述场景的图像。
图13示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种系统，所述系统适用于医学成像，例如胸部辐射射线照相术、腹部辐射射线照相术等。
图14示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种系统，所述系统适用于牙科辐射射线照相术。
图15示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统。
图16示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的另一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统。
图17示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种全身扫描系统。
图18示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种辐射计算机断层成像(辐射CT)系统。
图19示意示出根据实施例的包括本文所述图像传感器的一种电子显微镜。
图20A和图20B分别示意示出根据实施例的如图2A、图2B和图2C中所示的所述辐射检测器的电子系统组件图。
图21示意示出根据实施例的流过二极管的电极或流过暴露于辐射的辐射吸收层的电阻器的电触点的电流的时间变化(上曲线)，所述电流由入射在所述辐射吸收层上的辐射粒子产生的载流子引起，以及所述电极电压的相应时间变化(下曲线)。
【具体实施方式】
图1示意示出根据实施例的一种成像系统1000的横截面图，其包括辐射源109和图像传感器9000。所述图像传感器9000可以有多个辐射检测器100(例如，第一辐射检测器100A、第二辐射检测器100B)。所述图像传感器9000可以有带曲面102的支架107。如图1的示例所示，所述多个辐射检测器可被排列在所述支架107的所述曲面102上。所述第一辐射检测器100A可以有一个被配置为从所述辐射源109接收辐射的第一平面表面103A。第二辐射检测器100B可以有一个被配置为从所述辐射源109接收辐射的第二平面表面103B。所述第一平面表面103A与所述第二平面表面103B可以不平行。来自所述辐射源109的所述辐射可在抵达所述第一辐射检测器100A或所述第二辐射检测器100B之前已经穿过场景50(例如，人体的一部分)。第一辐射检测器100A和第二辐射检测器100B可被配置为相对于所述辐射源109移动到多个位置。所述成像系统1000，包括所述辐射源109和所述辐射检测器100(例如，100A和100B)一起，可被配置为相对于所述场景50旋转。所述辐射源109可以是X射线源或伽马射线源。
图2A示意示出根据实施例的辐射检测器100的横截面图。所述辐射检测器100可被用于所述图像传感器9000中。所述辐射检测器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如，ASIC)，其用于处理或分析在所述辐射吸收层110中产生的入射辐射的电信号。在实施例中，所述辐射检测器100不包括闪烁体。所述辐射吸收层110可包括半导体材料，比如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合。所述半导体对于感兴趣的辐射能量可具有高的质量衰减系数。在所述电子层120远端的所述辐射吸收层110的平面表面103被配置为接收辐射。
如图2B中辐射检测器100的详细横截面图所示，根据实施例的所述辐射吸收层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组成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。所述第二掺杂区113可通过可选的本征区112而与所述第一掺杂区111分离。所述离散区114通过所述第一掺杂区111或所述本征区112而彼此分离。所述第一掺杂区111和所述第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，第一掺杂区111是p型并且第二掺杂区113是n型，或者第一掺杂区111是n型并且第二掺杂区113是p型)。在图2B中的示例中，所述第二掺杂区113的每个离散区114与所述第一掺杂区111和所述可选的本征区112一起组成一个二极管。即，在图2B的示例中，所述辐射吸收层110包括多个二极管，这些二极管具有所述第一掺杂区111作为共用电极。所述第一掺杂区111还可具有离散部分。
在辐射粒子撞击包括二极管的所述辐射吸收层110时，所述辐射粒子可被吸收并通过若干机制产生一个或多个载流子。一个辐射粒子可产生10到100000个载流子。所述载流子可在电场下向其中一个二极管的电极漂移。所述电场可以是外部电场。所述电触点119B可包括离散部分，其中的每个离散部分与所述离散区114电接触。在实施例中，所述载流子可向不同方向漂移，使得由单个辐射粒子产生的所述载流子大致未被两个不同的离散区114共用(“大致未被共用”在这里意指这些载流子中的不到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一个所述离散区114)。入射在所述离散区114之一的足迹周围的辐射粒子所产生的载流子大致未被另一所述离散区114共用。与一个离散区114相关联的一个像素150可以是所述离散区114的周围区，由以0°入射角入射在其中的辐射粒子所产生的载流子大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向所述离散区114。即，所述载流子中的不到2％、不到1％、不到0.1％或不到0.01％流到所述像素之外。
如图2C中的辐射检测器100的详细横截面替代图所示，根据实施例的所述辐射吸收层110可包括具有半导体材料比如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合的电阻器，但不包括二极管。所述半导体对于感兴趣的辐射能量可具有高的质量衰减系数。
当一个辐射粒子撞击包括电阻器但不包括二极管的所述辐射吸收层110时，所述辐射粒子可被吸收并通过若干机制产生一个或多个载流子。一个辐射粒子可产生10到100000个载流子。所述载流子可在电场下向电触点119A和电触点119B漂移。所述电场可以是外部电场。所述电触点119B包括离散部分。在实施例中，所述载流子可向不同方向漂移，使得由单个辐射粒子产生的所述载流子大致未被所述电触点119B两个不同的离散部分共用(“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组的离散部分)。入射在所述电触点119B离散部分之一的足迹周围的辐射粒子所产生的载流子大致未被另一所述电触点119B离散部分共用。与所述电触点119B离散部分之一相关联的一个像素150可以是所述离散部分的周围区，由以0°入射角入射在其中的辐射粒子所产生的载流子大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向所述电触点119B的所述离散部分。即，所述载流子中的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流到所述像素之外。
所述电子层120可包括电子系统121，所述电子系统121适合于处理或解释由入射在辐射吸收层110上的辐射粒子所产生的信号。所述电子系统121可包括模拟电路比如滤波器网络、放大器、积分器、比较器，或数字电路比如微处理器和内存。所述电子系统121可包括由所述像素共用的组件或专用于单个像素的组件。例如，电子系统121可包括专用于每个所述像素的放大器和在所有像素间共用的微处理器。所述电子系统121可通过通孔131电连接到所述像素。所述通孔之间的空间可用填充材料130填充，其可增加所述电子层120到所述辐射吸收层110连接的机械稳定性。其他键合技术有可能在不使用通孔的情况下将所述电子系统121连接到所述像素。
图3示意示出所述辐射检测器100可具有所述像素150的阵列。所述阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或任何其他合适的阵列。每个所述像素150可被配置为检测入射在其上的辐射粒子，测量所述辐射粒子的能量，或两者兼顾。例如，每个像素150可被配置为对一段时间内入射其上，能量落在多个仓中的辐射粒子的数目进行计数。所有像素150可被配置为对相同的时间段内入射其上的，在多个能量仓中的辐射粒子的数目进行计数。每个像素150可具有其自己的模拟数字转换器(ADC)，所述ADC被配置为将表示入射辐射粒子能量的模拟信号数字化为数字信号。所述ADC可具有10位或更高的分辨率。每个所述像素150可被配置为测量其暗电流，例如，在每个辐射粒子入射到其上之前或同时。每个所述像素150可被配置为从入射在其上的辐射粒子的能量中减去所述暗电流的贡献值。所述像素150可被配置为并行操作。例如，当一个像素150测量一个入射的辐射粒子时，另一个像素150可能正在等待一个辐射粒子到达。所述像素150可以但不必是可单独寻址的。
所述图像传感器9000的空间分辨率可取决于所述辐射入射到所述图像传感器9000上的入射角。当入射角为倾斜(例如，>45°)时的所述空间分辨率可低于当入射角为0°时的所述空间分辨率。例如，当中心处的入射角为0°并且边缘处的入射角为倾斜时，所述图像传感器9000的边缘处的所述空间分辨率可低于所述图像传感器9000的中心处的所述空间分辨率。如果所述图像传感器9000的视场大(例如，0.5π或更大)或者所述图像传感器9000的辐射检测器中的辐射吸收层110的厚度与像素150的大小相当或更大，所述空间分辨率从中心到边缘的降低可以是显著的。所述图像传感器9000的视场是立体角，通过所述立体角所述图像传感器9000对辐射敏感。图4A示意示出当辐射粒子以倾斜入射角穿过所述辐射吸收层110时，可在与所述电触点119B的多个离散部分相关联的像素中产生载流子。图4B示意示出当辐射粒子以0°入射角穿过所述辐射吸收层110时，可在与所述电触点119B的单个离散部分相关联的像素中产生载流子。
在实施例中，所述图像传感器9000的所述辐射检测器100(例如，100A和100B)可相对于辐射源109移动到多个位置。所述图像传感器9000可使用所述辐射检测器100并与辐射一起，分别在所述多个位置从所述辐射源109捕获场景50的多个部分的图像。所述图像传感器9000可拼接这些图像以形成整个所述场景50的图像。如图5所示根据实施例的所述图像传感器9000可包括致动器500，所述致动器500被配置为将所述辐射检测器100移动到多个位置。所述致动器500可包括控制器600。所述图像传感器可包括准直器200，所述准直器200仅允许辐射到达所述辐射检测器100的有效区。所述辐射检测器100的有效区是所述辐射检测器100对辐射敏感的区。所述致动器500可将所述准直器200与所述辐射检测器100一起移动。位置可由所述控制器600确定。
图6A和图6B各自示意示出根据实施例的所述辐射检测器100(例如，100A和100B)相对于所述辐射源109的运动。在图6A和图6B的示例中，仅示出了具有第一辐射检测器100A和第二辐射检测器100B的图像传感器9000的一部分。所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可排列在所述支架107上。所述第一辐射检测器100A相对于所述第二辐射检测器100B的相对位置在多个位置处保持相同。当所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B从所述多个位置中的一个位置移动到另一个位置时，所述第一辐射检测器100A相对于所述第二辐射检测器100B的相对位置可以但不一定保持相同。所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可相对于所述辐射源109围绕第一轴线501旋转。如图6A的示例所示，所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B，相对于所述辐射源109围绕所述第一轴线501从位置503A旋转到位置503B。所述第一轴线501可平行于所述第一辐射检测器100A的第一平面表面103A以及所述第二辐射检测器100B的第二平面表面103B。所述辐射源可在所述第一轴线501上。所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可相对于所述辐射源109围绕第二轴线502旋转。所述第二轴线502与所述第一轴线501不同。例如，所述第二轴线502可垂直于所述第一轴线501。如图6A的示例所示，所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可围绕所述第二轴线502从位置503A旋转到位置503C。所述辐射源109可在所述第二轴线502上。
如图6B的示例所示，所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B，相对于所述辐射源109沿第一方向504从位置506A平移到位置506B。所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可沿第二方向505平移。所述第二方向505不同于所述第一方向504。例如，所述第二方向505可垂直于所述第一方向504。如图6B的示例所示，所述第一辐射检测器100A和所述第二辐射检测器100B可沿第二方向505从位置506A平移到位置506C。所述第一方向504或所述第二方向505可平行于第一平面表面103A和第二平面表面103B的任一者，或平行于两者，或与两者中的任何一个都不平行。例如，所述第一方向504可平行于所述第一平面表面103A，但不平行于所述第二平面表面103B。
在图6A和图6B的示例中，所述辐射源109的位置和方向在旋转或平移期间保持不变。
包括在所述成像系统1000中的辐射源109和图像传感器9000可被配置为相对于所述场景50一起旋转。根据图7A和图7B中所示的实施例，所述辐射源109位于第三轴线507上，所述第三轴线507垂直于图7A和图7B的页面。图7A示意示出所述辐射源109和所述图像传感器9000在围绕第三轴线507旋转之前的初始位置。图7B示意示出所述辐射源109和所述图像传感器9000在旋转之后的位置。在所述旋转期间，所述辐射源109相对于所述图像传感器9000的相对位置保持不变，所述场景50的位置和方向保持不变。在旋转之后，所述辐射可沿着不同的方向穿过所述场景50，并可被所述图像传感器9000以不同的入射角检测到。
根据实施例，如图7A所示，所述成像系统1000中包括的所述辐射源109和所述图像传感器9000被配置为围绕不同于所述第三轴线507的第四轴线508旋转。所述第四轴线508可垂直于所述第三轴线507，或者可遵循其他方向。所述辐射源109可在第四轴线508上。
根据图8A和图8B所示的实施例，所述图像传感器9000在所述第三轴线509上，并且所述第三轴线509垂直于图8A和图8B的页面。图8A示意示出所述辐射源109和所述图像传感器9000在围绕第三轴线509旋转之前的初始位置。图8B示意示出所述辐射源109和所述图像传感器9000在旋转之后的位置。在所述旋转期间，所述辐射源109相对于所述图像传感器9000的相对位置保持不变，所述场景50的位置和方向保持不变。在旋转之后，所述辐射可沿着不同的方向穿过所述场景50，并可被所述图像传感器9000以不同的入射角检测到。
根据实施例，如图8A所示，所述成像系统1000被配置为围绕不同于所述第三轴线509的第四轴线510旋转。所述第四轴线510可垂直于所述第三轴线509，或者可遵循其他方向。所述辐射源109可在第四轴线510上。
图9示意示出所述图像传感器9000可捕获所述场景50的部分的图像。在图9所示的示例中，所述辐射检测器100移动到三个位置A、B和C，例如，通过使用致动器500。所述图像传感器9000分别在所述位置A、B和C处捕获所述场景50的部分的图像51A、51B和51C。所述图像传感器9000可将所述部分的图像51A、51B和51C拼接成所述场景50的图像。这些所述部分的图像51A、51B和51C可彼此重叠以便于拼接。所述场景50的每个部分至少出现在当所述辐射检测器处于多个位置时所捕获图像的其中一个图像当中。即，当拼接在一起时，所述部分的图像可覆盖整个所述场景50。
所述辐射检测器100可以以各种方式排列在所述图像传感器9000中。图10A示意示出根据实施例的一种排列，其中所述辐射检测器100以交错行排列。例如，辐射检测器100A和辐射检测器100B在同一行中，在Y方向上对齐，并且尺寸一致；辐射检测器100C和辐射检测器100D在同一行中，在Y方向上对齐，并且尺寸一致。辐射检测器100A和辐射检测器100B相对于辐射检测器100C和辐射检测器100D在X方向上交错。根据实施例，同一行中两个相邻的辐射检测器100A和辐射检测器100B之间的距离X2大于同一行中的一个辐射检测器的宽度X1(即，X方向维度，即所述行的延伸方向)并且小于所述宽度X1的两倍。辐射检测器100A和辐射检测器100E在同一列中，在X方向上对齐，并且尺寸一致；同一列中的两个相邻的辐射检测器100A和辐射检测器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，Y方向维度)。这种排列允许如图9所示对场景成像，并且可通过拼接在X方向上间隔开的三个位置处捕获的场景的三个部分的图像来获得所述场景的图像。
图10B示意示出根据实施例的另一种排列，其中所述辐射检测器100排列在矩形网格中。例如，所述辐射检测器100可包括如图10A中精确排列的辐射检测器100A、100B、100E和100F，而没有图10A中的辐射检测器100C、100D、100G或100H。这种排列允许通过在六个位置拍摄场景的部分的图像对场景成像。例如，在X方向上间隔开的三个位置，和在X方向上间隔开并在Y方向上与前三个位置间隔开的另三个位置。
其他排列也是可能的。例如，在图10C中，所述辐射检测器100可在X方向上跨越所述图像传感器9000的整个宽度，两个相邻辐射检测器100之间的距离Y2小于一个辐射检测器的宽度Y1。假设所述辐射检测器在X方向上的宽度大于所述场景在X方向上的宽度，则所述场景的图像可通过将在Y方向上间隔开的两个位置处捕获的场景的两个部分的图像拼接而得。
如上所述的辐射检测器100具有任何合适的尺寸和形状。根据实施例(例如，在图9中)，至少有一些所述辐射检测器的形状为矩形。根据实施例，如图11所示，至少有一些所述辐射检测器的形状为六边形。
图12示意示出根据实施例的方法的流程图。在步骤151中，当所述成像系统1000位于相对于所述场景50的第一旋转位置时，通过利用所述图像传感器9000形成所述场景50第一部分的第一图像。在步骤152中，所述成像系统1000相对于所述场景50围绕第三轴线(例如，507或509)旋转到相对于所述场景50的第二旋转位置。所述成像系统1000可围绕穿过所述辐射源109的所述第三轴线507旋转，或者，所述成像系统1000可围绕穿过所述图像传感器9000的所述第三轴线509旋转。在步骤153中，当所述成像系统1000位于相对于所述场景50的第二旋转位置时，通过利用所述图像传感器9000形成所述场景50第二部分的第二图像。根据实施例，所述方法可包括使所述成像系统1000相对于所述场景50围绕第四轴线(例如，508或510)(不同于所述第三轴线(例如，507或509))旋转到相对于所述场景50的第三旋转位置并在当所述成像系统1000相对于所述场景50位于所述第三旋转位置时通过利用所述图像传感器9000形成所述场景50的第三图像。所述辐射源109或所述图像传感器9000可以在所述第四轴线上。
如上所述的成像系统1000可用于如以下所提供的各种系统之中。
图13示意示出一种系统，所述系统包括如图1至图11中所述的成像系统1000。所述系统可用于医学成像，比如胸部辐射射线照相术、腹部辐射射线照相术等。从所述辐射源109发射的辐射穿透物体1202(例如，人体部分比如胸部、肢体、腹部)，被所述物体1202的内部结构(例如，骨骼、肌肉、脂肪和器官等)不同程度地衰减，并被投射到所述图像传感器9000。所述图像传感器9000通过检测辐射的强度分布形成图像。
图14示意示出一种系统，所述系统包括如图1至图11中所述的成像系统1000。所述系统可用于医学成像比如牙科辐射射线照相术。从所述辐射源109发射的辐射穿透作为哺乳动物(例如，人)口腔的一部分的物体1302。所述物体1302可包括上颌骨、上颚骨、牙齿、下颌骨或舌头。所述辐射被所述物体1302的不同结构不同程度地衰减并被投射到所述图像传感器9000。所述图像传感器9000通过检测辐射的强度分布来形成图像。牙齿比龋齿、感染、牙周韧带吸收更多的辐射。牙科患者接受的辐射剂量通常很小(对于全口系列大约为0.150mSv)。
图15示意示出一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，所述系统包括如图1至图11中所述的成像系统1000。所述系统可用于检查和识别运输系统中的货物，比如集装箱、车辆、船舶、行李等。从所述辐射源109发射的辐射可从物体1402(例如，运输集装箱、车辆、船舶等)反向散射并被投射到所述图像传感器9000。所述物体1402的不同内部结构可不同地反向散射辐射。所述图像传感器9000通过检测所述反向散射的辐射的强度分布和/或所述反向散射的辐射粒子的能量来形成图像。
图16示意示出另一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，所述系统包括如图1至图11中所述的成像系统1000。所述系统可用于公共交通站和机场的行李检查。从所述辐射源109发射的辐射可穿透一件行李1502，被行李的内容物不同程度地衰减，并被投射到所述图像传感器9000。所述图像传感器9000通过检测透射的辐射的强度分布来形成图像。所述系统可揭示行李的内容并识别公共交通上禁止的物品，例如枪支、麻醉品、利器、易燃物品。
图17示意示出一种全身扫描仪系统，所述系统包括如图1至图11中所述的成像系统1000。所述全身扫描仪系统可检测人体上的物体以进行安全检查，而无需物理地移除衣物或进行身体接触。所述全身扫描仪系统能够检测非金属物体。从所述辐射源109发射的辐射可从被检查的人1602及其上的物体反向散射，并被投射到所述图像传感器9000。所述物体和所述人体可不同地反向散射辐射。所述图像传感器9000通过检测反向散射的辐射的强度分布来形成图像。所述图像传感器9000和所述辐射源109可被配置为沿线性或旋转方向扫描人。
图18示意示出辐射计算机断层扫描(辐射CT)系统。所述辐射CT系统使用计算机处理的辐射来产生被扫描物体的特定区域的断层图像(虚拟“切片”)。所述断层图像可用于各种医学学科中的诊断和治疗目的，或用于探伤检测、失效分析、计量学、装配分析和逆向工程。所述辐射CT系统包括如图1至图11中所述图像传感器9000。所述图像传感器9000和辐射源109可被配置为沿着一个或多个圆形或螺旋形路径同步旋转。
图19示意示出一种电子显微镜。所述电子显微镜包括电子源1801(也称为电子枪)，其被配置为发射电子。所述电子源1801可具有各种发射机制，比如热离子、光电阴极、冷发射或等离子体源。发射的所述电子穿过电子光学系统1803，所述电子光学系统1803可被配置为塑形、加速或聚焦所述电子。然后所述电子到达样品1802，并且图像传感器可由此形成图像。所述电子显微镜可包括如图1至图11中所述图像传感器9000，其用于执行能量色散辐射光谱(EDS)。EDS是一种用于样品的元素分析或化学表征的分析技术。在所述电子入射到样品上时，它们导致所述样品发出特征辐射。所述入射电子可激发所述样品中原子内壳层的电子，将其从所述壳体中抛出，同时产生所述电子之前所在的电子空穴。然后来自外层、更高能量壳的电子填充所述空穴，并且较高能量壳和较低能量壳之间的能量差可以以辐射的形式释放。从所述样品发射的辐射的数目和能量可由所述图像传感器9000测得。
这里所述的成像系统1000还可具有其他应用，比如辐射望远镜、乳腺辐射照相、工业辐射缺陷检测、辐射显微镜或辐射显微照相、辐射铸件检验、辐射无损检测、辐射焊缝检验、辐射数字减影血管造影等。它可适合于使用所述成像系统1000代替照相底片、摄影胶片、PSP胶片、辐射图像增强器、闪烁体或另一种半导体辐射检测器。
图20A和图20B各自示出根据实施例的电子系统121的组件图。所述电子系统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、可选的电压表306和控制器310。
所述第一电压比较器301被配置为将至少一个所述电触点119B的电压与第一阈值进行比较。所述第一电压比较器301可被配置为直接监测电压，或者通过对在一段时间内流过所述电触点119B的电流进行积分来计算电压。所述第一电压比较器301可由所述控制器310可控地启动或停用。所述第一电压比较器301可以是连续比较器。即，所述第一电压比较器301可被配置为被连续启动，并连续地监测电压。所述第一电压比较器301可以是钟控比较器。所述第一阈值可以是一个入射辐射粒子能够在所述电触点119B上产生的的最大电压的1-5％、5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。所述最大电压可取决于入射辐射粒子的能量、所述辐射吸收层110的材料和其他因素。例如，所述第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
所述第二电压比较器302被配置为将所述电压与第二阈值进行比较。所述第二电压比较器302可被配置为直接监测所述电压，或通过对一段时间内流过所述二极管或电触点的电流进行积分来计算电压。所述第二电压比较器302可以是连续比较器。所述第二电压比较器302可由所述控制器310可控地启动或停用。在所述第二电压比较器302被停用时，所述第二电压比较器302的功耗可以是启动所述第二电压比较器302时的功耗的不到1％、不到5％、不到10％或不到20％。所述第二阈值的绝对值大于所述第一阈值的绝对值。如本文所使用的，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 BDA0003140789660000171
所述第二阈值可以是所述第一阈值的200％-300％。例如，所述第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。所述第二电压比较器302和所述第一电压比较器301可以是相同组件。即，所述系统121可以具有一个电压比较器，其可在不同时间将电压与两个不同的阈值进行比较。
所述第一电压比较器301或所述第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或任何其他适合的电路。所述第一电压比较器301或所述第二电压比较器302可具有高速度以允许所述系统121在高通量的入射辐射粒子下操作。然而，具有高速度通常以功耗为代价。
所述计数器320被配置为记录入射在包括所述电触点119B的像素150上的至少若干个辐射粒子。所述计数器320可以是软件组件(例如，电脑内存中存储的数字)或硬件组件(例如，4017IC和7490IC)。
所述控制器310可以是诸如微控制器和微处理器等的硬件组件。所述控制器310被配置为从所述第一电压比较器301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(例如，所述电压的绝对值从低于所述第一阈值的绝对值增加到等于或超过所述第一阈值的绝对值的值)时启动时间延迟。在这里使用绝对值是因为电压可以是负的或正的，这取决于是使用二极管的阴极电压还是阳极电压或使用哪个电触点。所述控制器310可被配置为在所述第一电压比较器301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之前，保持停用所述第二电压比较器302、所述计数器320、以及所述第一电压比较器301的操作中不需要的任何其他电路。在所述电压变得稳定(即，所述电压的变化率大致为零)之前或之后，所述时间延迟可期满。短语“变化率大致为零”意指时间变化小于0.1％/ns。短语“变化率大致为非零”意指所述电压的时间变化至少为0.1％/ns。
所述控制310可被配置为在所述时间延迟期间(其包括开始和期满)启动所述第二电压比较器。在实施例中，所述控制器310被配置为在所述时间延迟开始时启动所述第二电压比较器。术语“启动”意指使组件进入操作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平等信号，通过提供电力等)。术语“停用”意指使组件进入非操作状态(例如，通过发送诸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)。所述控制器310本身可被停用，直到所述第一电压比较器301的输出电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值时才启动所述控制器310。
如果在所述时间延迟期间，所述第二电压比较器302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，则所述控制器310可被配置为使所述计数器320记录的数目中至少有一个数目增加一。
所述控制器310可被配置为使所述可选的电压表306在所述时间延迟期满时测量所述电压。所述控制器310可被配置为使所述电触点119B连接到电接地，以使电压复位并且使所述电触点119B上累积的任何载流子放电。在实施例中，所述电触点119B在所述时间延迟期满后连接到电接地。在实施例中，所述电触点119B连接到电接地并持续有限的复位时段。所述控制器310可通过控制所述开关305而使所述电触点119B连接到电接地。所述开关可以是晶体管，比如场效应晶体管(FET)。
在实施例中，所述系统121没有模拟滤波器网络(例如，RC网络)。在实施例中，所述系统121没有模拟电路。
所述电压表306可将其测量的电压作为模拟或数字信号馈送给所述控制器310。
所述系统121可包括电连接到所述电触点119B的积分器309，其中所述积分器被配置为收集来自所述电触点119B的电流子。所述积分器309可在运算放大器的反馈路径中包括电容器。如此配置的所述运算放大器称为电容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通过防止所述运算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。来自所述电触点119B的载流子在一段时间(“积分期”)内累积在电容器上。在所述积分期期满后，由所述ADC 306对电容器电压进行采样，然后通过复位开关进行复位。所述积分器309可包括直接连接到所述电触点119B的电容器。
图21示意示出流过所述电触点119B的，由入射在包括所述电触点119B的像素150上的辐射粒子产生的载流子所引起的电流的时间变化(上曲线)和所述电触点119B电压的对应时间变化(下曲线)。所述电压可以是电流相对于时间的积分。在时间t0，所述辐射粒子撞击所述像素150，载流子开始在所述像素150中产生，电流开始流过所述电触点119B，并且所述电触点119B的电压的绝对值开始增加。在时间t1，所述第一电压比较器301确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值V1的绝对值，所述控制器310启动时间延迟TD1并且所述控制器310可在所述TD1开始时停用所述第一电压比较器301。如果所述控制器310在时间t1之前被停用，在时间t1启动所述控制器310。在所述TD1期间，所述控制器310启动所述第二电压比较器302。如这里使用的术语在时间延迟“期间”意指开始和期满(即，结束)以及中间的任何时间。例如，所述控制器310可在所述TD1期满时启动所述第二电压比较器302。如果在所述TD1期间，所述第二电压比较器302确定在时间t2电压的绝对值等于或超过所述第二阈值V2的绝对值，则所述控制器310等待电压稳定。所述电压在时间te稳定，这时辐射粒子产生的所有载流子漂移出所述辐射吸收层110。在时间ts，所述时间延迟TD1期满。在时间te之时或之后，所述控制器310使所述电压表306数字化所述电压并且确定辐射粒子的能量落在哪个仓中。然后所述控制器310使对应于所述仓的所述计数器320记录的数目增加一。在图21的示例中，所述时间ts在所述时间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之后期满。如果无法轻易测得时间te，TD1可根据经验选择以允许有足够的时间来收集由辐射粒子产生的大致上全部的载流子，但TD1不能太长，否则会有另一个入射辐射粒子产生的载流子被收集的风险。即，TD1可根据经验选择使得时间ts在时间te之后。时间ts不一定在时间te之后，因为一旦达到V2，控制器310可忽视TD1并等待时间te。因此，电压和暗电流对电压的贡献值之间的差异的变化率在时间te大致为零。所述控制器310可被配置为在TD1期满时或在时间t2或中间的任何时间停用第二电压比较器302。
在时间te的电压与由辐射粒子产生的载流子的数目成正比，所述数目与辐射粒子的能量有关。所述控制器310可被配置为使用所述电压表306来确定辐射粒子的能量。
在TD1期满或被所述电压表306数字化后(以较迟者为准)，所述控制器使所述电触点119B连接到电接地310并持续一个复位时段RST，以允许所述电触点119B上累积的载流子流到地面并复位电压。在RST之后，所述系统121已准备好检测另一个入射辐射粒子。如果所述第一电压比较器301被停用，所述控制器310可在RST期满之前的任何时间启动它。如果所述控制器310被停用，则可在RST期满之前启动它。
尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的而不是限制性的，其真正的范围和精神应该以本文中的权利要求书为准。

Claims (20)

1.一种成像系统，其包括：
辐射源；
图像传感器；
其中所述图像传感器包括第一辐射检测器和第二辐射检测器，其分别包括一个平面表面，所述平面表面被配置为接收来自辐射源的辐射；
其中所述第一辐射检测器的所述平面表面与所述第二辐射检测器的所述平面表面不平行；
其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为相对于所述辐射源移动到多个位置；
其中所述图像传感器被配置为，通过使用所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器并与所述辐射一起，分别在所述位置捕获场景的部分的图像，并被配置为通过拼接所述各部分的图像而形成所述场景的图像；
其中所述成像系统被配置为相对于所述场景围绕第三轴线旋转；
其中所述辐射源或所述图像传感器在所述第三轴线上；
其中所述第一辐射检测器相对于所述第二辐射检测器的相对位置保持相同。
2.如权利要求1所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过相对于所述辐射源围绕第一轴线旋转从而相对于所述辐射源移动。
3.如权利要求2所述的成像系统，其中所述第一轴线平行于所述第一辐射检测器的平面表面和所述第二辐射检测器的平面表面。
4.如权利要求2所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过相对于所述辐射源围绕第二轴线旋转从而相对于所述辐射源移动；其中所述第二轴线不同于所述第一轴线。
5.如权利要求2所述的成像系统，其中所述辐射源在所述第一轴线上。
6.如权利要求1所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过沿着相对于所述辐射源的第一方向平移从而相对于所述辐射源移动。
7.如权利要求6所述的成像系统，其中所述第一方向平行于所述第一辐射检测器的所述平面表面和所述第二辐射检测器的所述平面表面。
8.如权利要求6所述的成像系统，其中所述第一方向平行于所述第一辐射检测器的所述平面表面，但不平行于所述第二辐射检测器的所述平面表面。
9.如权利要求6所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器被配置为通过沿着相对于所述辐射源的第二方向平移从而相对于所述辐射源移动；其中所述第二方向不同于所述第一方向。
10.如权利要求1所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器各自包括一个像素阵列。
11.如权利要求1所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器的形状是矩形。
12.如权利要求1所述的成像系统，其中所述第一辐射检测器的形状是六边形。
13.如权利要求1所述的成像系统，其中所述成像系统被配置为相对于所述场景围绕不同于所述第三轴线的第四轴线旋转。
14.如权利要求13所述的成像系统，其中所述辐射源在所述第四轴线上。
15.如权利要求13所述的成像系统，其中所述图像传感器在所述第四轴线上。
16.如权利要求1所述的成像系统，其中所述图像传感器被配置为当所述成像系统分别处于相对于所述场景的多个旋转位置时形成所述场景的图像。
17.一种使用如权利要求1所述的成像系统的方法，所述方法包括：
当所述成像系统位于相对于所述场景的第一旋转位置时，利用所述图像传感器形成所述场景的第一个图像；
将所述成像系统相对于所述场景围绕所述第三轴线旋转到相对于所述场景的第二旋转位置；
当所述成像系统位于相对于所述场景的第二旋转位置时，利用所述图像传感器形成所述场景的第二个图像。
18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括将所述成像系统相对于所述场景围绕第四轴线旋转至相对于所述场景的第三旋转位置；并且当所述成像系统处于相对于所述场景的所述第三旋转位置时，利用所述图像传感器形成场景的第三图像，其中所述第四轴线不同于所述第三轴线。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述辐射源在所述第四轴线上。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述图像传感器在所述第四轴线上。
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