CN113625330A - 来自像素子集的光子相互作用特性 - Google Patents

来自像素子集的光子相互作用特性 Download PDF

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Abstract

一个实施例提供一种方法，包括：接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；确定由光子相互作用生成的光电子云，其中光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到光电子云；识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集，其中多个像素的子集中的每一个子集与由光电子云激活的像素相对应，其中多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中中心像素包括对光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及根据光电子云确定光子相互作用的特性，其中特性包括以下至少一项：相互作用的时间、位置和能量。描述并要求保护其他方面。

Description

来自像素子集的光子相互作用特性
技术领域
本申请总体涉及成像，更具体地涉及在子像素化(sub-pixelation)分辨率下确定光子相互作用的特性。
背景技术
成像设备执行许多不同的功能，例如医学成像、安全筛查、图像捕获等。成像源可以是放射线源、可见光、不可见光或成像设备能够检测的任何类型的源。例如，在医疗环境中，可以给患者注射放射性药物示踪剂，成像设备可以捕获从患者身体发射的伽马光子辐射，以进行诊断分析。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反应的特定物质或物体在内的相机。相机可以包含各个像素，这些像素可以允许图像确定发射信号的位置、能量、时间和强度。
发明内容
总而言之，一个方面提供了一种方法，包括：接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；确定由光子相互作用生成的光电子云，其中光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到光电子云；识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集，其中多个像素的子集中的每一个子集与由光电子云激活的像素相对应，其中多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中中心像素包括对光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及根据光电子云确定光子相互作用的特性，其中特性包括以下至少一项：相互作用的时间、位置和能量。
另一个方面提供了一种设备，包括：光子检测器像素阵列，包括多个像素；处理器，可操作地耦接到光子检测器像素阵列；存储设备，存储指令，所述指令由处理器执行以：接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；确定由光子相互作用生成的光电子云，其中光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到光电子云；识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集，其中多个像素的子集中的每一个子集与由光电子云激活的像素相对应，其中多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中中心像素包括对光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及根据光电子云确定光子相互作用的特性，其中特性包括以下至少一项：相互作用的时间、位置和能量。
另一个方面提供了一种产品，包括：存储代码的存储设备，所述代码由处理器执行并且包括：接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用的代码，其中光子检测器像素阵列包括多个像素；确定由光子相互作用生成的光电子云的代码，其中光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到光电子云；识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集的代码，其中多个像素的子集中的每一个子集与由光电子云激活的像素相对应，其中多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中中心像素包括对光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及根据光电子云确定光子相互作用的特性的代码，其中特性包括以下至少一项：相互作用的时间、位置和能量。
前述内容是概述，并且因此可以包含对细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将理解，该概述仅是说明性的，而绝非旨在进行限制。
为了更好地理解实施例以及实施例的其他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示出了示例实施例的流程图。
图2示出了电子云的产生的示例实施例。
图3示出了子像素化校正的示例实施例。
图4示出了来自三个连续像素的示例计数数据。
图5示出了2×2子像素化因子的示例数据。
图6示出了中心像素和周围的八个相邻像素的示例数据。
图7示出了信息处理设备电路的示例。
具体实施方式
将容易理解的是，本文附图中总体描述和示出的实施例的组件可以以除了所描述的示例实施例之外的各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图所示，对示例实施例的以下更详细的描述并非旨在限制所要求保护的实施例的范围，而仅是示例实施例的代表。
在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”(或类似表述)的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定都指同一实施例。
此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式来组合所描述的特征、结构或特性。在以下描述中，提供了许多具体细节以提出对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下、或者利用其他方法、部件、材料等来实践各种实施例。在其他实例中，未示出或详细描述众所周知的结构、材料或操作，以避免混淆。
成像设备的用户经常期望高空间、时间和能量分辨率的图像输出。例如，具有高空间、时间和能量分辨率的医学图像可以通过将医生引导到患者体内感兴趣的位置来影响患者的治疗。许多成像设备利用对正被成像的发射类型敏感的相机，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片元素(像素)，其中每个像素可以代表所捕获的图像内的位置和强度。
作为例子，在核医学(分子成像)环境中，可以给患者注射放射性药物示踪剂，并且成像设备(伽马相机)可以捕获来自患者身体的伽马光子辐射的发射以进行诊断分析。伽马相机中的检测器可以包括半导体直接转换材料，例如CdZnTe、CdTe、HgI和Si。包括半导体直接转换检测器材料在内的伽马光子检测器像素阵列具有优于闪烁体光子检测器伽马相机的优点，包括优越的能量和空间分辨率。然而，这种像素化的半导体检测器阵列的缺点是单个像素的能谱失真，其中由于空穴载流子的俘获或与相邻像素的电荷共享，一些计数的记录的能量比光峰值低。由于图像形成通常可能仅需要接受紧密围绕光峰值的能量范围内的计数，因此较低能谱尾部中的计数不包括在图像中。这意味着，即使每个相机的厚度为伽马光子提供相同的停止功率，伽马相机的效率显然也比闪烁体相机低。本发明为电荷共享和空穴俘获光谱尾问题提供了一种新颖的解决方案。
得到本发明的原理取决于对CdZnTe检测器中光子相互作用和像素化CdZnTe检测器中信号形成的深刻特有理解。然而，可以从高水平理解本发明。当伽马光子(优选地从阴极侧)入射到像素化CdZnTe检测器上时，光子在以光电相互作用的方式沉积其剩余能量之前可能会康普顿散射零次或多次。这些相互作用可能发生在单个像素或多个像素内。相互作用直接转化为电子和空穴的电荷云。检测器处于通常约为每毫米100伏的电场下，其中像素化阳极处于地电位，典型的整体阴极处于高负电压。因此，空穴向阴极加速，电子向像素化阳极加速。由于空穴迁移率通常远小于电子迁移率，因此清除(sweep out)空穴的时间要比电子花费的时间更长，并且空穴被俘获在晶体缺陷中的可能性更大。当像素小于检测器的厚度时，由于“小像素效应”，该器件对电子比对空穴敏感得多。
当电子云接近阳极时，在多个阳极和/或像素上检测到感应电压。当电荷云到达阳极平面时，电荷聚集在一个或几个像素上。然后，检测到感应电压的任何相邻像素将检测到相反的极性电压，使得针对任何非电荷聚集像素的随时间的积分将为零。因此，有多种方式可以在多个像素之间共享信号：当电子电荷云与多个像素重叠时，可以共享电荷，由于康普顿散射或k逃逸X射线，可能在多个像素中已发生了光子相互作用，并且可以在多个相邻像素上检测到瞬态感应电压。当然，空穴电荷聚集在阴极上，并且该信息可以用于估计入射光子的相互作用深度。然而，本发明明确地不使用任何阴极信号来确定光子相互作用的特性。此外，本发明仅使用阳极像素信号的正峰值幅度和负峰值幅度。这是极大的简化，使得确定相互作用特性成为组合来自多个阳极像素的峰值信号幅度的信息的相对简单的事情。
与任何设备一样，存在确定检测器上的信号的位置和能量的问题。光子或粒子可以进入接收成像单元，使得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。在以一定角度的轨迹进入成像单元的光子示例中可能出现该问题。进入检测单元的光子可能撞击一个或多个像素。换句话说，光子可以以一定角度进入检测器，并在光子轨迹终止之前穿过一个像素检测区或多个像素区。
当前的系统可能难以将检测到的电荷归因于像素或像素子集上的正确的相互作用，从而导致具有较低准确性的图像。当前，许多成像设备依靠来自单个像素的一个信号或多个信号来识别相互作用的位置。成像技术可以从成像设备的检测单元获取单个像素的信号。以这种方式，成像单元可以接收所接收的信号的“像素化”图像。因此，一个中心像素可以具有较高的值，而相邻像素可以具有较低的值。然而，在成像技术中可能丢失关于相邻像素值如何与中心像素值相关联的数据。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，从而从与之相互作用的所有像素产生信号。例如，具有主要相互作用的像素可以提供指示该像素从光子接收到最大能量的信号，并且相邻像素可以具有较小的能量值。然而，可能很难确切地确定光子在像素区域中撞击的位置。相邻像素的数据丢失或者甚至像素本身内的分辨率降低了成像单元的分辨率。成像单元的较低分辨率可能导致医治效率降低。例如，患者可能需要进一步的成像，可能错过诊断，成像时间可能更长，成本可能上升，等等。
因此，实施例提供了一种用于在子像素化水平上确定与像素阵列的光子相互作用的系统和方法。在一个实施例中，可以在光子检测器像素阵列内接收光子相互作用。光子像素阵列可以包括多个像素。可以生成光电子云。使用电场(E-场)，光电子云可以在检测器或CdZnTe(CZT)晶体上漂移。光电子云可以向E-场内的电子传感器漂移。沿着漂移路径，静电排斥力可能导致光电子扩散。静电排斥力可能是由于光电子与其他光电子具有相同的电荷。扩散可以主要垂直于光电子云的运动方向。这种扩散可能导致光电子云在到达电子传感器区之前分散。E-场可以在阳极和阴极之间。光电子云可以由光子检测器像素阵列确定。在一个实施例中，所述方法或系统可以识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集。多个像素的每个子集可以对应于由光电子云激活的像素。在一个实施例中，多个像素的子集可以包括中心像素和多个相邻像素。在一个实施例中，中心像素可以是对光子相互作用具有最高幅度响应的像素。在一个实施例中，所述方法或系统可以根据光电子云来确定光子相互作用的特性。该特性可以包括相互作用的时间、位置、能量等。
这样的系统和方法为当前的成像技术提供了技术上的改进。不需要来自检测器的阴极和阳极两者的信号，本文所述的实施例捕获来自中心阳极像素和相邻阳极像素两者的信息。使用这些值，系统可以识别子像素分辨率，从而提供一种系统和方法，所述系统和方法通过能够更准确地识别关于相互作用的特性而不需要可能难以获得的阴极信号来提供具有更高分辨率的图像。所述系统可以使用来自相邻阳极的信号，该信号可以解释中心像素和相邻像素之间共享的电荷。通常，可以不对这些共享事件计数。有可能重新组合该信息并纠正关于相互作用的特性。通过校正关于相互作用的特性，可以提高能量分辨率。这些改进对于医学成像、降低患者的成像试剂剂量、减少检查/过程时间等可能是重要的。
通过参考附图将最好地理解所示出的示例实施例。以下描述仅旨在通过示例的方式，并且仅示出了某些示例实施例。
各种实施例的像素化检测器、伽马相机和/或像素化阵列可以设置为不同类型的成像系统的一部分，例如，诸如正电子发射断层摄影(PET)成像系统之类的核医学(NM)成像系统、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像系统和/或X射线成像系统以及X射线计算机断层摄影(CT)成像系统等。所述系统可以固定到一体式机架，该机架进一步包括围绕机架中心孔定向的转子。转子配置成支撑一个或多个像素化相机，例如但不限于伽马相机、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，当医学成像系统包括CT相机或X射线相机时，医学成像系统还包括用于向检测器发射X射线辐射的X射线管。在各种实施例中，如本文中更详细描述的，相机由像素化检测器形成。转子还配置成围绕检查轴线轴向旋转。可以以本领域中已知的任何方式来执行成像系统的操作和控制。应当注意，可以结合包括旋转机架或固定机架在内的成像系统来实现各种实施例。
在一个实施例中，可以将成像设备安装在用于安全扫描的位置。例如，该设备可以在机场安全检查站、行李检查地点等中。该设备可以包括多个X射线源和多个像素化光子检测器阵列。在一个实施例中，成像设备可以是永久锚定的、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者、安全或评估团队使用的手持设备。预期并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，医疗保健成像和安全性筛检仅是示例。如本文所述的技术的其他可能的应用也是可能的并且被预期。
在一个实施例中，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)。阵列中的每个传感器可以被表示为最终图像中的像素。在成像过程中，光子或粒子可能撞击一个或多个像素检测单元。在一个实施例中，从一个或多个像素检测单元接收的信号可以用于确定光子相互作用的特性。在医疗保健环境中，这可以允许医疗保健专业人员在更少的时间内实现更好的成像，并向患者提供更少的放射性标记，这可以导致更好的治疗计划并降低医疗成本，例如，可以实现更好的分辨率，并且可以减少成像过程的持续时间。
成像设备的实施例可以处于医疗保健环境、安全筛查、制造或可以使用成像设备的任何应用中。例如，成像设备可以是放射线成像设备，其中放射线物质(由粒子或光子组成)透过或注入患者体内并从患者体内发射出来。另一示例可以包括用于扫描辐射或其他感兴趣的材料以用于安全目的的机场或进入设备的端口。成像设备的另一示例可以由第一响应者用来确定环境条件和/或位置的安全性。预期并公开了其他用途。
参考图1，在101处，实施例可以接收或捕获光子相互作用或在光子检测器像素阵列内发生的相互作用。光子可以向阴极行进从单元的阴极侧进入设备(见图2)。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与一个或多个像素检测单元发生了相互作用的一个或多个信号。为了可读性，本文的讨论将把光子称为引起相互作用并产生信号的那个物体。然而，应该理解，物体可以包括光子、任何光谱的光、放射性粒子、或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(例如网格、砖块图案、散布的图案等)来组织。光子检测器像素阵列可以定向在平坦平面、弯曲平面等中。换句话说，光子检测器像素阵列可以以适合于检测来自发射源的相互作用的方式布置，并且对于不同的应用可以是不同的。例如，来自发射源的光子可以与作为医疗环境中的成像单元的一部分的光子像素阵列上的一个或多个像素相互作用。
在102处，在一个实施例中，所述系统或方法可以确定由光子相互作用生成的光电子云。在一个实施例中，设备可以具有阴极和阳极(示例设备配置参见图2)。光子或光子相互作用可以在阴极端处进入设备。在一个实施例中，阴极或阳极可以是跨设备或模块的单个平面。该平面可以是平坦的或具有适合于成像应用的曲率。阴极可以保持在负高压处和/或被交流耦接(AC-coupled)。阳极可以具有像素化的检测元件、被电接地和/或被直流耦接(DC-coupled)。在一个实施例中，CdZnTe(CZT)晶体或其他类型的半导体材料在阴极和阳极之间。为了易于可读性，本文将参考CZT晶体，但是所描述的系统不限于此，因为任何类型的半导体材料或成像材料可以被利用并且可以基于成像设备的应用。
在一个实施例中，与CZT或其他半导体材料的光子相互作用可以产生或生成电子云和空穴云。当电子云向阳极通道漂移时，由于静电排斥，电子云的尺寸可能增加。光电子云的初始创建可以由数量eγ≈Eγ/4.64eV表示。在一个实施例中，电子云可以抵抗电场(E-场)在朝向阳极和像素检测阵列的方向上漂移通过CZT晶体。电子云可以向一个或多个像素和/或相关联的ASIC通道产生负电荷信号。一个或多个像素可以连接到电荷敏感的前置放大器和/或整形放大器。当检测到电荷时，可以触发像素和相关联的电子设备以进行数据收集。
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的两侧可以具有沉积在半导体检测器晶体上的金属电极。第一侧可以包括可以以网格图案布置的多个像素，也称为像素化侧。该侧可以耦接到可以捕获来自像素化侧的信号的读出电子设备。在电子迁移率远大于空穴迁移率的CdZnTe或CdTe的情况下，像素化侧可以是阵列的阳极侧并提供阳极信号。在一些配置中，该侧可以连接到地电位。在一个实施例中，检测器像素阵列的第二侧可以与第一侧基本相对，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从其入射到检测器的那一侧。检测器像素阵列的该第二侧可以是阴极，并且可以连接至负电压偏置。
在一个实施例中，被定义为接收最大计数的像素的中心像素可以接收负电荷感应信号。相反，围绕中心像素的相邻像素可以接收正电荷感应信号。图2的示例示出了左侧更多地影响中心像素的电子云。作为示例，图2插图示出了由中心像素和两个相邻像素测量的示例电荷感应。中心像素接收最大的脉冲高度或计数(如实线所示)和负电荷感应。两个相邻像素都接收正电荷感应。例如，与右像素相比，左像素具有较高的幅度和较短的时延。这样的数据可以指示中心像素在与右侧相比更靠近左侧的位置处接收电荷云。这是示例数据，并且如本文所讨论的更加复杂。例如，中心像素可以具有围绕中心像素的八个相邻像素，以进一步精确地确定感应电荷的位置。
在103处，在一个实施例中，所述方法或系统可以识别与光子相互作用相关联的多个像素的子集。在一个实施例中，像素(参见图3)指的是成像硬件表面上的离散位置，该离散位置可能仅仅是成像区域的子集。像素的子集可以对应于由光电子云激活的像素。像素的子集可以包括中心像素和多个相邻像素。中心像素可以被定义为对光子相互作用具有最高幅度响应或计数的像素。来自一个或多个像素的数据或通信可以用于形成由一个或多个像素合成的图像。
在一个实施例中，所述系统和方法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，随着光子移动通过像素阵列，光子与不同的像素相互作用。然后，这些像素中的每个像素生成指示某种形式的相互作用或接触的信号。在一个实施例中，可以识别中心像素。该中心像素可以与光子的“休息”地方(例如，光电相互作用的位置)相关联。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性来执行对中心像素的识别。例如，可以将中心像素识别为具有根据光子事件检测到的最高能量的像素。然而，中心像素也可能不代表具有通过光子相互作用而检测到的最高能量的像素。作为示例，如果两个像素共享相同级别的相互作用，则它们可以提供相同的最高能量值。在这种情况下，一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。在一个实施例中，所识别的一个或多个相邻像素可以相对于中心像素处于任何物理位置。换句话说，相邻像素不必是中心像素的直接相邻者或不必直接与中心像素相邻。而是，可以将一个或多个相邻像素识别为从光子接收的能量小于由中心像素接收的能量的像素。换句话说，当光子移动通过像素阵列时，它可能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。一个或多个相邻像素可以处于相对于中心像素的任何类型的配置中。例如，相邻像素可以处于围绕中心像素的“环”或“框”配置中。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。相邻像素中的每一个可以相对于彼此和/或中心像素而具有不同的信号。换句话说，来自相邻像素的信号中的每一个信号相对于其他相邻像素和/或中心像素可以相同、不同或其组合。
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，在消费者相机中，像素代表由该像素检测到的可见光的强度和波长。作为另一示例，用于癌症筛查中的放射线成像设备、辐射检测器等使用由源发射并且可由与电路相关联的传感器测量的一种类型的原子粒子或光子，以提供检测到的放射性粒子或光子的位置和强度(或计数密度)。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、能量或波长来创建图像。换句话说，实施例可以在成像期间使用从像素传送的信号基于包含在信号内的信息来创建图像。可以从多个像素收集数据以创建更大区域的图像。
参考图3，在一个实施例中，每个像素可以被划分为子像素或子像素化区域。在一个实施例中，像素可以被标记为具有行和列的网格状结构。为了便于说明，示出了正方形像素，但是，可以使用不同的几何形状和互锁(interlocking)形状。对于行和列命名法，列可以定义为i，行可以定义为j。例如，可以给中心像素一个位置标识符为“i，j”，并且左侧的像素为“i-1，j”，上方的像素为“i，j+1”。备选地，可以简单地给列和行赋予数字标识符。例如，可以按照从左到右以及从下到上的数字顺序来识别列和行。
例如，中心像素可以是指示光子“休息”的2D位置的相互作用的地方。中心像素是相对于光子相互作用提供最高能量信号的像素。相邻像素表示提供能量信号但该能量信号不如中心像素的能量信号大的像素。例如，中心像素(也称为触发像素)可以定义为“i，j”，在框或环中的围绕中心像素的左侧的相邻像素为“i-1，j”，并且上方的相邻像素为“i，j+1”。
像素可以进一步细分或子像素化。例如，可以将单个像素划分为2×2个子像素化区(请参见图3)。例如，可以使用处理方法将常规3×3像素区域转换为“虚拟”6×6子像素化区。对于该特定示例，单个像素将在像素边界内具有四个子像素。换句话说，可以在4个区域的子像素化区中划分单个像素。预期并公开其他划分，2×2子像素化是说明性示例。作为另一示例，可以使用因子为3×3的子像素化区域或更大的因数。子像素化以较低的电噪声和/或生产成本提供了更高的分辨率。
在104处，在一个实施例中，所述系统和方法可以根据光电子云确定光子相互作用的特性。特性可以包括时间、位置、能量等。在一个实施例中，所述方法或系统可以接收如上所述的触发信号。例如，系统可以接收触发，该触发可以在诸如像素(i，j)的中心像素处。然后，系统可以获得相邻像素(例如NE(i-1，j)和(i+1，j))的负能量或负电荷感应。系统可以执行校准步骤。校准可以由NE’(i，j)＝(NE(i，j)-baseLineNoise(i，j))*gain(i，j)来表示。此外，可以使用校正因子。校正可能是量程不足(under range cut)。校正可以表示为：(NE’(i+1，j)-NE’(i-1，j))/(NE’(i-1，j)+NE’(i+1，j))。在实施例中，可以将校正因子添加到触发像素(i，j)。
参考图4，示出了来自中心像素和2个相邻像素的样本数据的说明性示例。例如，在59.0keV的峰值计数处，示出了底部相邻像素、中心像素和顶部相邻像素。示例数据展示了光峰值数据和像素间隙。例如，像素之间的实际物理间隙可以为75μm。示例数据示出了高达～200μm的表观间隙，这可能是由于当光子束照亮间隙之间的区域时电荷共享的主要作用所致。在一些情况下，大多数电子云分裂为2个(因此配准为2个或更多像素)，每个电子云的能量明显较低。由于y轴是来自特定能量窗口的峰值计数，因此不会收集这样的信号。可以使用用于高通量清洁预期光谱的X射线管源以及用于在x、y和z轴上移动像素阵列的移动夹具来确定像素间隙的宽度。例如，可以固定X射线管，并以较小的增量(例如20μm–40μm)移动检测器系统。备选地，可以使用静态检测器系统移动X射线。该方法可以用于将子像素化技术应用于最终数据，以查看所述方法的精度或微调。参考图5，在一个实施例中，系统和方法可以使用2×2子像素化技术。图5从统计学上表示2×2像素化的示例实施例。例如，如果光子和所得的光子云出现在更靠近中心像素的一侧，则所述系统和方法可以将位置识别为亚毫米精度。该技术还可以将准直仪与光子源结合使用，以获得这种级别的分辨率和精度。在所示的示例中，光子源正沿从行33到行34的方向跨阵列移动。对于使用2×2子像素化技术的每个像素，可以在一定距离上绘制计数。在该示例中，峰值计数在59.0keV处。然而，可以使用其他峰值计数，例如67.2keV。
参考图6，可以在一定距离(以μm为单位进行测量)上绘制感应电荷的数量。在该示例中，中心像素位于图的中心，并且示出了八个相邻像素数据。触发像素(中心像素)标记为#126。中心像素从光子云接收最大的信号。参考像素#127，与像素#125相比，存在更多的感应电荷，这说明与#125相比光子相互作用的位置更靠近#127。这种技术允许像素阵列上的硬件的更好空间分辨率。
在一个实施例中，所述系统或方法可以识别是否可以确定相互作用的特性。所述系统可以针对相互作用确定许多不同的特性，例如，该特性可以包括时间、位置(可能包括深度)、能量、强度等。为了确定特性，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，光子可能不以直角入射进入检测器像素阵列。因此，当光子正行进通过检测器时，光子可以与多于一个的像素相互作用。换句话说，随着光子进入检测器像素平面，相互作用可以与一个或多个相邻像素“共享”特性(即能量)。不仅可以使用从中心像素接收的信号而且可以使用从相邻像素接收的信号来确定不同的特性。系统可以使用这些信号直接识别特性，或者可以将这些信号归因于来自其他像素的信号。所述系统可以同时或在不同时间处确定一个或多个特性。
在一个实施例中，所确定的特性可以包括相互作用的深度。在一个实施例中，可以通过首先识别以下包括沿着多个轴的峰值信号幅度响应在内的二维或更多维的多维空间来确定相互作用的深度：1)中心像素的正极性，2)相邻像素的正极性，以及可选地，3)相邻像素的负极性。下一步是识别在该多维空间内的一个或多个聚类(cluster)，所述一个或多个聚类表示取决于深度的像素间电荷共享或空穴俘获的一种或多种机制。
这些像素信号和子像素化信号中的每一个还可以具有关联的幅度，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。使用来自中心像素和相邻像素的这些信号，系统可以例如通过对多维空间中的这些信号进行聚类来确定相互作用的时间、位置、能量和深度。如上所述，本文所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，通过分析和关联来自所有像素(例如，中心像素和相邻像素)的正极性信号和负极性信号的幅度峰值，系统可以确定在什么深度发生了相互作用。因此，系统可以确定位置特性，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性。例如，除了使用来自中心像素的信号之外还使用来自一个或多个相邻像素的信号可以允许关于诸如时间、位置、能量等的特性的更好的分辨率。这些特性中的一些特性的确定可以使用常规技术来完成，除了将来自相邻像素的信号与中心像素的信号一起考虑(这提供了特性的更精确或更准确的确定)之外。
例如，系统可以确定相对于二维位置的相互作用的位置，该位置比常规系统和方法更精确。例如，光子与相邻像素的相互作用可以将光子的位置调整为子像素分辨率，而不仅仅是像素分辨率。作为示例，参考图2，相对于像素的假想中心线，相互作用发生在中心像素的左侧。使用来自相邻像素的信息，系统可以识别该相互作用发生在中心像素的左侧，而不是仅仅识别该相互作用发生在中心像素处。例如，通过识别来自相邻像素的信号，系统可以确定哪些相邻像素与其他相邻像素相比具有更高的信号。由于更接近相互作用的像素将具有较高的信号的事实，因此，如果相互作用发生在偏离中心的位置，则与更远离相互作用的像素相比，更靠近相互作用的相邻像素将提供更高的信号。因此，通过识别哪些像素具有较高的信号，系统可以确定在像素的哪一侧发生了相互作用。
例如，系统可以使用加权平均值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，则系统可以通过加权沿中心像素的这两个相互作用来确定事件沿两个像素的中心线发生的位置。换句话说，相互作用可能不落在像素区域的中心，并且相邻像素允许确定相互作用光子的更精确位置。
作为更准确或更精确的特性确定的另一示例，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，相邻像素可能接收相互作用的一部分。这称为共享电荷。因此，系统可以将相邻像素接收到的电荷归因于中心像素，以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的能量值。该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上。作为示例，如果光子与检测器像素阵列相互作用，在检测器像素阵列中，在中心像素处接收80％电荷并且在相邻像素处接收20％电荷，则可以将相邻像素的20％电荷分配给中心像素。
如果在104处不能针对相互作用而确定一个或多个特性，则系统可以忽略该相互作用并在101处接收与新相互作用有关的信息。另一方面，如果在104处系统可以确定一个或多个特性，则在105处系统可以记录与相互作用有关的数据。可以实时分析该记录的数据或保存该记录的数据以用于以后的分析。此外，记录的数据可以由如本文所述的系统使用以生成通过使用成像设备而正被扫描的物体的一个或多个图像。
因此，本文描述的各种实施例代表对成像设备的技术改进，该成像设备可能需要对被成像的材料具有高灵敏度和分辨率。一个实施例允许使用子像素化来确定光子相互作用的特性。使用本文描述的技术，不需要更长的成像过程和/或更高的放射剂量，可以以更低的成像过程持续时间和/或更低的放射剂量来获得更完整的图像。这样的系统实现更精确的成像、更少的设备停机时间以及与成像过程相关联的更低的成本。
尽管根据本文描述的各种实施例中的任何一个，关于用于确定像素子集上的电子云的特性的仪器，但是可以在信息处理设备中使用各种其他电路、电路系统或组件，在图7中示出了示例。设备电路10’可以包括芯片设计构造(例如，特定的计算平台(例如，移动计算、桌面计算等))上的测量系统。软件和处理器组合在单个芯片11’中。如本领域所公知的，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。内部总线等取决于不同的供应商，但是基本上所有外围设备(12’)都可以附接到单个芯片11’。电路10’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11’中。同样，这种类型的系统10’通常不使用SATA或PCI或LPC。例如，常见的接口包括SDIO和I2C。
存在电力管理芯片13’，例如电池管理单元BMU，其管理例如经由可再充电电池14’提供的电力，该可再充电电池14’可以通过与电源(未示出)的连接进行充电。在至少一个设计中，单个芯片(例如11’)用于提供BIOS之类的功能和DRAM存储器。
系统10’通常包括WWAN收发器15’和WLAN收发器16’中的一个或多个，用于连接到各种网络，例如电信网络和无线互联网设备(例如，接入点)。此外，设备12’通常包括例如发射和接收天线、振荡器、PLL等。系统10’包括用于数据输入和显示/渲染的输入/输出设备17’(例如，远离用户可以轻松访问的单波束系统而定位的计算位置)。系统10’通常还包括各种存储设备，例如闪存18’和SDRAM 19’。
从前述内容中可以理解，一个或多个系统或设备的电子组件可以包括但不限于至少一个处理单元、存储器、以及将各种组件(包括存储器)耦接到处理单元的通信总线或通信装置。系统或设备可以包括或可以访问各种设备可读介质。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的设备可读存储介质，例如只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。作为示例而非限制，系统存储器还可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。所公开的系统可以在用于确定像素子集上的电子云的特性的仪器的实施例中使用。
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或包括软件的实施例的形式，这些软件在本文中通常都可以称为“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，所述一个或多个设备可读介质具有与其一起体现的设备可读程序代码。
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或包括软件的实施例的形式，这些软件在本文中通常都可以称为“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，所述一个或多个设备可读介质具有与其一起体现的设备可读程序代码。
应当注意，可以使用存储在诸如非信号存储设备之类的设备可读存储介质上的指令来实现本文所述的各种功能，其中所述指令由处理器执行。在本文的上下文中，存储设备不是信号，并且“非暂时性”包括除信号介质以外的所有介质。
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意组合来编写。程序代码可以完全在单个设备上执行、部分在单个设备上执行、作为独立软件包执行、部分在单个设备上并且部分在另一个设备上执行、或者完全在其他设备上执行。在一些情况下，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，通过使用互联网服务提供商的互联网)、通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(例如，通过USB连接)进行连接。
应当注意，可以使用由处理器执行的存储在诸如非信号存储设备之类的设备可读存储介质上的指令来实现本文所述的各种功能。存储设备可以是例如电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体的系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。存储介质的更具体示例包括以下项：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或上述的任意合适组合。在本文的上下文中，存储设备不是信号，并且“非暂时性”包括除信号介质以外的所有介质。
体现在存储介质上的程序代码可以使用任何适当的介质来传送，所述介质包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或前述的任何适当的组合。
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意组合来编写。程序代码可以完全在单个设备上执行、部分在单个设备上执行、作为独立软件包执行、部分在单个设备上并且部分在另一个设备上执行、或者完全在其他设备上执行。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，通过使用互联网服务提供商的互联网)、通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(例如，通过USB连接)进行连接。
本文参考附图描述示例实施例，这些附图示出了根据各种示例实施例的示例方法、设备和程序产品。将理解的是，动作和功能可以至少部分地由程序指令来实现。这些程序指令可以被提供给设备、专用信息处理设备或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由设备的处理器执行的指令实现所指定的功能/动作。
注意，本文提供的值应解释为包括通过使用术语“约”指示的等效值。等效值对于本领域普通技术人员将是明显的，但是至少包括通过对最后一个有效数字进行普通舍入而获得的值。
值得注意的是，尽管在附图中使用了特定的框，并且已经示出了框的特定顺序，但是这些是非限制性示例。在某些情况下，可以合并两个或更多的框，可以将一个框拆分为两个或更多的框，或者可以适当地对某些框进行重新排序或重新组织，因为明确说明的示例仅用于描述性目的，并且不应被解释为限制性的。
如本文使用的，单数的“一”和“一个”可以被解释为包括复数的“一个或多个”，除非另外清楚地指出。
出于说明和描述的目的已呈现了本公开，但是本公开不意图是穷举的或限制性的。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变形将是明显的。选择并描述示例实施例以便解释原理和实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。
因此，尽管本文已经参考附图描述了说明性示例实施例，但是应该理解，该描述不是限制性的，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以在其中进行各种其他改变和修改。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用，其中所述光子检测器像素阵列包括多个像素；
确定由所述光子相互作用生成的光电子云，其中所述光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到所述光电子云；
识别与所述光子相互作用相关联的所述多个像素的子集，其中所述多个像素的子集中的每一个子集与由所述光电子云激活的像素相对应，其中所述多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中所述中心像素包括对所述光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及
根据所述光电子云确定所述光子相互作用的特性，其中所述特性包括以下至少一项：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，其中所述光子检测器阵列包括在所述光子内生成静电排斥的阳极和阴极。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述中心像素接收负电荷电流感应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相邻像素中的每一个像素接收正电荷电流感应。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述正电荷电流感应与所述光电子云的子集成比例。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性包括所述光子相互作用的位置，其中确定所述相互作用的位置包括：比较来自至少两个相邻像素的脉冲高度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性包括所述光子相互作用的强度，其中所述强度基于对所述中心像素和所述多个相邻像素的响应进行相加。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性包括所述光子相互作用的位置，其中确定所述相互作用的位置包括：比较来自至少两个相邻像素的时延。
9.根据权利要求1所述的方法，其中多个响应不与来自所述光子检测器像素阵列的阴极的响应相对应。
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像素化半导体检测器阵列，所述像素化半导体检测器包括CdZnTe。
11.一种设备，包括：
光子检测器像素阵列，包括多个像素；
处理器，可操作地耦接到所述光子检测器像素阵列；
存储设备，存储指令，所述指令由所述处理器执行以：
接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用，其中所述光子检测器像素阵列包括多个像素；
确定由所述光子相互作用生成的光电子云，其中所述光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到所述光电子云；
识别与所述光子相互作用相关联的所述多个像素的子集，其中所述多个像素的子集中的每一个子集与由所述光电子云激活的像素相对应，其中所述多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中所述中心像素包括对所述光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及
根据所述光电子云确定所述光子相互作用的特性，其中所述特性包括以下至少一项：所述相互作用的时间、位置和能量。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述光子检测器阵列包括在所述光子内生成静电排斥的阳极和阴极。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述中心像素接收负电荷电流感应。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述多个相邻像素中的每一个像素接收正电荷电流感应。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述正电荷电流感应与所述光电子云的子集成比例。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述特性包括所述光子相互作用的位置，其中确定所述相互作用的位置包括：比较来自至少两个相邻像素的脉冲高度。
17.根据权利要求11所述的设备，其中所述特性包括所述光子相互作用的强度，其中所述强度基于对所述中心像素和所述多个相邻像素的响应进行相加。
18.根据权利要求11所述的设备，其中所述特性包括所述光子相互作用的位置，其中确定所述相互作用的位置包括：比较来自至少两个相邻像素的时延。
19.根据权利要求11所述的设备，其中多个响应不与来自所述光子检测器像素阵列的阴极的响应相对应。
20.一种产品，包括：
存储代码的存储设备，所述代码由处理器执行，并且包括：
接收在光子检测器像素阵列内发生的光子相互作用的代码，其中所述光子检测器像素阵列包括多个像素；
确定由所述光子相互作用生成的光电子云的代码，其中所述光子检测器像素阵列包括电场，其中静电排斥力使光子分散到所述光电子云；
识别与所述光子相互作用相关联的所述多个像素的子集的代码，其中所述多个像素的子集中的每一个子集与由所述光电子云激活的像素相对应，其中所述多个像素的子集包括中心像素和多个相邻像素，其中所述中心像素包括对所述光子相互作用具有最高幅度响应的像素；以及
根据所述光电子云确定所述光子相互作用的特性的代码，其中所述特性包括以下至少一项：所述相互作用的时间、位置和能量。
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