TW201812288A - X射線成像的方法 - Google Patents

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TW201812288A
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曹培炎
劉雨潤
丁銳
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深圳幀觀德芯科技有限公司
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Abstract

本文公開這樣的方法，其包括：將處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線引導到受檢者；將造影劑引入受檢者；用處於第一波長範圍的X射線捕捉第一圖像並且用處於第二波長範圍的X射線捕捉第二圖像；確定第一圖像與第二圖像之間的差分圖像；其中造影劑與處於第一波長範圍的X射線之間的交互強度和造影劑與處於第二波長範圍的X射線之間的交互強度是不同的。

Description

X射線成像的方法
本公開涉及X射線成像的方法。
造影劑(也稱為造影介質)可在醫學成像中用於提高受檢者內結構或流體的對比度。例如，造影劑可用於提高血管和胃腸道的可見度。
在例如電腦斷層攝影(CT)、放射攝影和螢光透視等X射線成像中使用的造影劑可叫作放射性對比劑。放射性對比劑的示例包括碘化合物、鋇化合物、空氣和二氧化碳。
使用造影劑允許消除重疊結構的影響。例如，當成像血管在人體深處時，例如與血管重疊的骨頭等緻密結構可使X射線照片上的血管模糊不清。血管的對比度可通過將不影響緻密結構的對比度的造影劑引入血管而提高。在引入造影劑之後拍攝的X射線圖像與引入之前拍攝的X射線圖像之間的差異應僅大致示出由造影劑引起的提高並且該提高定位於血管處。即，差異不包括緻密結構的影響。在引入造影劑之前拍攝的X射線圖像可叫作掩模。
然而，造影劑的引入可能花費一些時間。在引入之前和之後拍攝的X射線圖像從而在時間上是分開的。場景的時間變化可在引入造影劑的時間期間例如由於受檢者移動而出現。時間變化可在X射線圖像之間的差異中導致偽像。
本文公開這樣的方法，其包括：將處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線引導到受檢者；將造影劑引入受檢者；用處於第一波長範圍的X射線捕捉第一圖像並且用處於第二波長範圍的X射線捕捉第二圖像；確定第一圖像與第二圖像之間的差分圖像；造影劑與處於第一波長範圍的X射線之間的交互強度和造影劑與處於第二波長範圍的X射線之間的交互強度是不同的。
根據實施例，第一波長範圍和第二波長範圍不重疊。
根據實施例，第一波長範圍和第二波長範圍未完全重疊。
根據實施例，方法進一步包括從相同X射線源產生處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線。
根據實施例，產生處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線包括使用不同濾波器來濾波。
根據實施例，通過攝入或注射來引入造影劑。
根據實施例，交互強度具有至少1.2的比率。
根據實施例，交互是衰減。
根據實施例，第一圖像和第二圖像都在引入造影劑後捕捉。
根據實施例，第一圖像和第二圖像在相同時間被捕捉。
根據實施例，第一圖像和第二圖像使用相同X射線檢測器來捕捉。
根據實施例，差分圖像包括第一圖像與第二圖像之間的加權位點相關差異。
根據實施例，捕捉第一圖像和第二圖像包括使用X射線檢測器，其包括多個像素；X射線檢測器包括：X射線吸收層，其包括電觸點；第一電壓比較器，其配置成將電觸點的電壓與第一閾值比較；第二電壓比較器，其配置成將該電壓與第二閾值比較；控制器；多個計數器，每個與倉關聯並且配置成記錄像素中的一個所吸收的X射線光子的數目，這些X射線光子的能量落在倉中；控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值的時間啟動時間延遲；控制器配置成確定X射線光子的能量是否落入倉內；控制器配置成促使與倉關聯的計數器記錄的數目增加一。
根據實施例，X射線檢測器進一步包括電容器模組，其電連接到電觸點，該電容器模組配置成從電觸點收集載荷子。
根據實施例，控制器配置成在時間延遲開始或終止時啟動第二電壓比較器。
根據實施例，控制器配置成使電觸點連接到電接地。
根據實施例，電壓變化率在時間延遲終止時大致為零。
根據實施例，X射線吸收層包括二極體。
根據實施例，X射線吸收層包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。
根據實施例，X射線檢測器的每個像素配置成在一段時間內對其上入射的、能量落在多個倉中的X射線光子的數目計數；並且檢測器配置成使所有像素所計數的具有相同能量範圍的倉的X射線光子數目相加。
根據實施例，裝置不包括閃爍體。
根據實施例，X射線檢測器配置成將相加的數目編譯為X射線檢測器上入射的X射線光子的能譜。
根據實施例，多個像素設置在陣列中。
根據實施例，像素配置成在相同時段內對X射線光子的數目計數。
根據實施例，像素中的每個包括模數轉換器(ADC)，其配置成使代表入射X射線光子的能量的模擬信號數位化為數字信號。
根據實施例，像素配置成並行操作。
根據實施例，像素中的每個配置成測量它的暗電流。
11‧‧‧X射線源
12‧‧‧特徵
13‧‧‧特徵
14A‧‧‧圖像
14B‧‧‧圖像
100‧‧‧X射線檢測器
100A‧‧‧全局計數器
100B‧‧‧全局計數器
100C‧‧‧全局計數器
110‧‧‧X射線吸收層
111‧‧‧第一摻雜區
112‧‧‧本征區
113‧‧‧第二摻雜區
114‧‧‧離散區
119A‧‧‧電觸點
119B‧‧‧電觸點
120‧‧‧電子層
121‧‧‧電子系統
130‧‧‧填充材料
131‧‧‧通孔
150‧‧‧像素
151‧‧‧X射線光子的能量
152‧‧‧步驟
153A、153B、153C‧‧‧倉
154A、154B、154C‧‧‧計數器
301‧‧‧第一電壓比較器
302‧‧‧第二電壓比較器
305‧‧‧開關
306‧‧‧ADC
309‧‧‧電容器模組
310‧‧‧控制器
320‧‧‧計數器
320A‧‧‧計數器
320B‧‧‧計數器
320C‧‧‧計數器
320D‧‧‧計數器
701、702、703、704、705、706、707、708、709‧‧‧步驟
1010、1020、1030、1035、1036、1040、1045‧‧‧過程
RST‧‧‧復位期
t0、t1、t2、ts、tm、tr‧‧‧時間
TD1‧‧‧時間延遲
TD2‧‧‧時間延遲
Texpected‧‧‧T的預期值
Tmax‧‧‧最大T
V1‧‧‧第一閾值
V2‧‧‧第二閾值
VR‧‧‧殘餘電壓
圖1A示意示出在將造影劑引入受檢者之前進行成像。
圖1B示意示出在將造影劑引入受檢者之後進行成像。
圖1C示意示出獲得差分圖像。
圖1D示意示出根據實施例的方法的流程圖。
圖2示意示出根據實施例適合於在不同波長範圍拍攝圖像的X射線檢測器。
圖3A示意示出根據實施例的檢測器的橫截面圖。
圖3B示意示出根據實施例的檢測器的詳細橫截面圖。
圖3C示意示出根據實施例的檢測器的備選詳細橫截面圖。
圖4A和圖4B各自示出根據實施例的檢測器的電子系統的部件圖。
圖5示意示出由與電觸點關聯的像素上入射的X射線光子產生的載荷子引起的流過電觸點的電流的時間變化(上曲線)和電觸點的電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖6示意示出根據實施例的檢測器的框圖。
圖7示出根據實施例的圖6中的步驟151的示例流程圖。
圖8示意示出根據實施例由暗電流引起的電觸點的電壓的時間變化。
如圖1A示意示出的，X射線源11將X射線朝受檢者中的特徵12和特徵13引導，並且捕捉該受檢者的圖像14A。在將造影劑引入受檢者之前捕捉該圖像14A。特徵12可具有與X射線的較強交互(例如，衰減)並且使特徵13在圖像14A中模糊不清。
如圖1B示意示出的，將造影劑引入受檢者。造影劑改變特徵13的對比度但不改變特徵12的對比度。在引入造影劑後捕捉受檢者的圖像14B。如果特徵13與X射線的交互仍然不比特徵12與X射線的交互強得多，特徵13可仍然被特徵12弄得模糊不清。
圖1C示意示出差分圖像14BA(即，圖像14B與14A之間的差異)可通過從圖像14B扣除圖像14A而獲得或反之亦然。因為特徵12的對比度不受造影劑的影響，差分圖像14BA大致未示出特徵12但示出由造影劑引起的特徵13的對比度差異。特徵12從而在差分圖像14BA中未被特徵13弄得模糊不清。
圖1D示意示出根據實施例的方法的流程。受檢者(例如，人)在X射線成像中。在過程1010中，處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線被引導到受檢者。在實施例中，第一波長範圍和第二波長範圍不重疊。在實施例中，第一波長範圍和第二波長範圍未完全重疊，即，第一波長範圍不是第二波長範圍的子集並且第二波長範圍不是第一波長範圍的子集。處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線可從相同X射線源產生。例如，處 於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線可通過使廣譜X射線經受不同的帶通濾波器而產生。在過程1020中，將造影劑引入受檢者。例如，可通過攝入和注射引入造影劑。造影劑與處於第一波長範圍的X射線的交互強度和造影劑與處於第二波長範圍的X射線之間的交互強度是不同的。在各種實施例中，交互強度具有至少1.2、至少1.5、至少2、至少5或至少10的比率。交互可以是衰減。過程1010和1020可按任何順序或同時實施。在過程1030中，用處於第一波長範圍的X射線捕捉第一圖像1035並且用處於第二波長範圍的X射線捕捉第二圖像1036。第一圖像1035和第二圖像1036都在過程1020中引入造影劑後捕捉。第一圖像1035和第二圖像1036可在相同時間被捕捉。第一圖像1035和第二圖像1036可使用相同X射線檢測器來捕捉。在過程1040中，確定第一圖像1035與第二圖像1036之間的差分圖像1045。差分圖像1045可包括第一圖像1035與第二圖像1036之間的未加權或加權位點相關差異。在其中第一圖像1035和第二圖像1036可分別由函數S1(x,y)和S2(x,y)表示的示例中，差分圖像1045可表示為S2(x,y)-S1(x,y)或a2S2(x,y)-a1S1(x,y)，其中權重a1和a2是正數。
圖2示意示出根據實施例適合於在不同波長範圍拍攝圖像的X射線檢測器100。該檢測器具有像素150的陣列。陣列可以是矩形陣列、蜂窩狀陣列、六邊形陣列或任何其他適合的陣列。每個像素150配置成檢測其上入射的X射線光子並且測量X射線光子的能量。例如，每個像素150配置成在一段時間內對其上入射的、能量落在多個倉中的X射線光子的數目計數。所有像素150可配置成在相同時段內對其上入射的、能量在多個倉內的X射線光子的數目計數。每個像素150可具有它自己的模數轉換器(ADC)，其配置成使代表入射X射線光子的能量的模擬信號數位化為數字信號。ADC可具有10位或更高的解析度。每個像素150可配置成測量它的暗電流，例如在每個X射線光子入射在其上之 前或與之併發。每個像素150可配置成從其上入射的X射線光子的能量減去暗電流的貢獻。像素150可配置成並行操作。例如，在一個像素150測量入射X射線光子時，另一個像素150可等待X射線光子到達。像素150可以但不必獨立可尋址。
檢測器100可具有至少100、2500、10000個或更多的像素150。檢測器100可配置成使所有像素150所計數的具有相同能量範圍的倉的X射線光子的數目相加。例如，檢測器100可使像素150存儲在能量從80KeV到81KeV的倉中的數目相加、使像素150存儲在能量從81KeV到82KeV的倉中的數目相加，等等。檢測器100可將倉的相加數字編譯為檢測器100上入射的X射線光子的能譜。
圖3A示意示出根據實施例的檢測器100的橫截面圖。檢測器100可包括X射線層110和電子層120(例如，ASIC)，用於處理或分析入射X射線在X射線吸收層110中產生的電信號。在實施例中，檢測器100不包括閃爍體。X射線吸收層110可包括半導體材料，例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。半導體對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。
如在圖3B中的檢測器100的詳細橫截面圖中示出的，根據實施例，X射線吸收層110可包括由第一摻雜區111、第二摻雜區113的一個或多個離散區114形成的一個或多個二極體(例如，p-i-n或p-n)。第二摻雜區113可通過本征區112(可選)而與第一摻雜區111分離。離散部分114通過第一摻雜區111或本征區112而彼此分離。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區111是p型並且區113是n型，或區111是n型並且區113是p型)。在圖3B中的示例中，第二摻雜區113的離散區114中的每個與第一摻雜區111和本征區112(可選)一起形成二極體。即，在圖3B中的示例中，X射線吸收層 110具有多個二極體，其具有第一摻雜區111作為共用電極。第一摻雜區111還可具有離散部分。
在X射線光子撞擊X射線吸收層110(其包括二極體)時，X射線光子可被吸收並且通過許多機制產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下向二極體中的一個的電極漂移。場可以是外部電場。電觸點119B可包括離散部分，其中的每個與離散區114電接觸。在實施例中，載荷子可在多個方向上漂移使得單個X射線光子產生的載荷子大致未被兩個不同離散區114共用(“大致未被共用”在這裏意指這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載荷子不同的離散區114中的一個)。在這些離散區114中的一個的足跡周圍入射的X射線光子產生的載荷子大致未與這些離散區114中的另一個共用。與離散區114關聯的像素150可以是圍繞離散區114的區域，其中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或超過99.99%)流向離散區114。即，這些載荷子中不到2%、不到1%、不到0.1%或不到0.01%流到像素外。
如在圖3C中的檢測器100的備選詳細橫截面圖中示出的，根據實施例，X射線吸收層110可包括具有半導體材料(例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合)的電阻器，但不包括二極體。半導體對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。
在X射線光子撞擊X射線吸收層110(其包括電阻器但不包括二極體)時，它可被吸收並且通過許多機制產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下向電觸點119A和119B漂移。場可以是外部電場。電觸點119B包括離散部分。在實施例中，載荷子可在多個方向上 漂移使得單個X射線光子產生的載荷子大致未被電觸點119B的兩個不同離散部分共用(“大致未被共用”在這裏意指這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載荷子不同的離散區中的一個)。在電觸點119B的這些離散部分中的一個的足跡周圍入射的X射線光子產生的載荷子大致未與電觸點119B的這些離散部分中的另一個共用。與電觸點119B的離散部分關聯的像素150可以是圍繞離散部分的區域，其中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或超過99.99%)流向電觸點119B的離散部分。即，這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流到與電觸點119B的一個離散部分關聯的像素外。
電子層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋X射線吸收層110上入射的X射線光子產生的信號。電子系統121可包括例如濾波網路、放大器、積分器和比較器等模擬電路或例如微處理器等數字電路和記憶體。電子系統121可包括像素共用的部件或專用於單個像素的部件。例如，電子系統121可包括專用於每個像素的放大器和在所有像素之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到像素。通孔之間的空間可用填充材料130填充，其可使電子層120到X射線吸收層110的連接的機械穩定性增加。在不使用通孔的情況下使電子系統121連接到像素的其他接合技術是可能的。
圖4A和圖4B各自示出根據實施例的電子系統121的部件圖。電子系統121可包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、多個計數器320(其包括計數器320A、320B、320C、320D)、開關305、ADC 306和控制器310。
第一電壓比較器301配置成將電觸點119B的離散部分的電壓與第一閾值比較。第一電壓比較器301可配置成直接監測電壓，或通過使一段時間內流過二 極體或電觸點的電流整合來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制器310可控地啟動或停用。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可配置成被連續啟動，並且連續監測電壓。配置為連續比較器的第一電壓比較器301使系統121錯過由入射X射線光子產生的信號的機會減少。配置為連續比較器的第一電壓比較器301在入射X射線強度相對高時尤其適合。第一電壓比較器301可以是鐘控比較器，其具有較低功耗的益處。配置為鐘控比較器的第一電壓比較器301可導致系統121錯過由一些入射X射線光子產生的信號。在入射X射線強度低時，錯過入射X射線光子的機會因為兩個連續光子之間的間隔相對長而較低。因此，配置為鐘控比較器的第一電壓比較器301在入射X射線強度相對低時尤其適合。第一閾值可以是一個入射X射線光子可在電觸點119B上產生的最大電壓的1-5%、5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射X射線光子的能量(即，入射X射線的波長)，X射線吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二電壓比較器302配置成將電壓與第二閾值比較。第二電壓比較器302可配置成直接監測電壓，或通過使一段時間內流過二極體或電觸點的電流整合來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可由控制器310可控地啟動或停用。在停用第二電壓比較器302時，第二電壓比較器302的功耗可以是啟動第二電壓比較器302時的功耗的不到1%、不到5%、不到10%或不到20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文使用的，術語實數x的“絕對值”或“模數”|x|是x的非負值而不考慮它的符號。即，。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。例如，第二閾值 可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器301可以是相同部件。即，系統121可具有一個電壓比較器，其可以在不同時間將電壓與兩個不同閾值比較。
第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可包括一個或多個運算放大器或任何其他適合的電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可具有高的速度以允許系統121在高的入射X射線通量下操作。然而，具有高的速度通常以功耗為代價。
計數器320可以是軟體部件(例如，電腦記憶體中存儲的數目)或硬體部件(例如，4017 IC和7490 IC)。每個計數器320與對於一定能量範圍的倉關聯。例如，計數器320A可與70-71KeV的倉關聯，計數器320B可與71-72KeV的倉關聯，計數器320C可與72-73KeV的倉關聯，計數器320D可與73-74KeV的倉關聯。在入射X射線光子的能量由ADC 306確定為在計數器320與之關聯的倉中時，計數器320中記錄的數目增加一。
控制器310可以是例如微控制器和微處理器等硬體部件。控制器310配置成從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從第一閾值的絕對閾值以下增加到等於或超過第一閾值的絕對值的值)的時間啟動時間延遲。在這裏因為電壓可以是負的或正的而使用絕對值，這取決於是使用二極體的陰極還是陽極的電壓或使用哪個電觸點。控制器310可配置成在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值的時間之前，保持停用第二電壓比較器302、計數器320和第一電壓比較器301的操作不需要的任何其他電路。時間延遲可在電壓變穩定(即，電壓的變化率大致為零)之後終止。短語“變化率大致為零”意指時間變化小於0.1%/ns。短 語“變化率大致為非零”意指電壓的時間變化是至少0.1%/ns。
控制器310可配置成在時間延遲期間(其包括開始和終止)啟動第二電壓比較器。在實施例中，控制器310配置成在時間延遲開始時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”意指促使部件進入操作狀態(例如，通過發送例如電壓脈衝或邏輯電平等信號、通過提供電力等)。術語“停用”意指促使部件進入非操作狀態(例如，通過發送例如電壓脈衝或邏輯電平等信號、通過切斷電力等)。操作狀態可具有比非操作狀態更高的功耗(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電壓比較器301的輸出在電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值時才啟動控制器310。
如果在時間延遲期間第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值並且X射線光子的能量落在與計數器320關聯的倉中，控制器310可配置成促使計數器320中的一個記錄的數目增加一。
控制器310可配置成在時間延遲終止時促使ADC 306使電壓數位化並且基於電壓確定X射線光子的能量落在哪個倉中。
控制器310可配置成使電觸點119B連接到電接地，以便使電壓重定並且使電觸點119B上累積的任何載荷子放電。在實施例中，電觸點119B在時間延遲終止後連接到電接地。在實施例中，電觸點119B在有限複位時期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305而使電觸點119B連接到電接地。開關可以是電晶體，例如場效應電晶體(FET)。
在實施例中，系統121沒有模擬濾波器網路(例如，RC網路)。在實施例中，系統121沒有模擬電路。
ADC 306可將它測量的電壓作為模擬或數字信號饋送給控制器310。ADC可 以是逐次逼近型寄存器(SAR)ADC(也叫作逐次逼近ADC)。SAR ADC在最終彙聚於模擬信號的數字輸出之前經由通過所有可能量化等級的二進位搜索來使模擬信號數位化。SAR ADC可具有四個主要子電路：採樣和保持電路，用於獲取輸入電壓(Vin)；內部數模轉換器(DAC)，其配置成對模擬電壓比較器供應等於逐次逼近型寄存器(SAR)的數字代碼輸出的模擬電壓，該模擬電壓比較器將Vin與內部DAC的輸出比較並且向SAR輸出比較結果，SAR配置成向內部DAC供應Vin的逼近數字代碼。SAR可被初始化使得最高有效位(MSB)等於數字1。該代碼被饋送到內部DAC內，其然後將該數字代碼的模擬等效物(Vref/2)供應到比較器內用於與Vin比較。如果該模擬電壓超出Vin，比較器促使SAR將該位重定；否則，位留下1。然後SAR的下一個位設置為1並且進行相同測試，從而繼續該二進位搜索直到SAR中的每個位已被測試。所得的代碼是Vin的數字逼近並且最後在數位化結束時由SAR輸出。
系統121可包括電容器模組309，其電連接到電觸點119B，其中電容器模組配置成從電觸點119B收集載荷子。電容器模組可以包括放大器的回饋路徑中的電容器。如此配置的放大器叫作電容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通過防止放大器飽和而具有高的動態範圍並且通過限制信號路徑中的帶寬來提高信噪比。來自電極的載荷子在一段時間(“整合期”)(例如，如在圖5中示出的，在ts至t0之間)內在電容器上累積。在整合期終止後，由ADC 306對電容器電壓採樣並且然後由重定開關將其重定。電容器模組309可以包括直接連接到電觸點119B的電容器。
圖5示意示出由與電觸點119B關聯的像素150上入射的X射線光子產生的載荷子引起的流過電觸點119B的電流的時間變化(上曲線)和電觸點119B的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流關於時間的整合。在時間t0， X射線光子撞擊二極體或電阻器，載荷子開始在像素150中產生，電流開始流過電觸點119B，並且電觸點119B的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值V1的絕對值，並且控制器310啟動時間延遲TD1並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。如果控制器310在t1之前被停用，在t1啟動控制器310。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裏使用的術語在時間延遲“期間”意指開始和終止(即，結束)和中間的任何時間。例如，控制器310可在TD1終止時啟動第二電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302確定在時間t2電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值，控制器310等待電壓穩定來穩定。電壓在時間te穩定，這時X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110。在時間ts，時間延遲TD1終止。在時間te或時間te之後，控制器310促使ADC 306使電壓數位化並且確定X射線光子的能量落在哪個倉中。控制器310然後促使對應於倉的計數器320記錄的數目增加一。在圖5的示例中，時間ts在時間te之後；即TD1在X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110之後終止。如果不易測量時間te，可以根據經驗選擇TD1以允許有足夠時間收集X射線光子產生的基本上所有載荷子但並未太長而冒著具有另一個入射X射線光子的風險。即，可以根據經驗選擇TD1使得時間ts根據經驗在時間te後。時間ts不一定在時間te後，因為一旦達到V2控制器310可忽視TD1並且等待時間te。電壓與暗電流對電壓的貢獻之間的差異的變化率從而在ts大致為零。控制器310可配置成在TD1終止時或在t2或中間的任何時間停用第二電壓比較器302。
在時間te電壓與X射線光子產生的載荷子的數量成比例，該數量與X射線光子的能量有關。控制器310可配置成基於ADC 306的輸出確定X射線光子的能量所落入的倉。
在TD1終止或被ADC 306數位化後，無論哪個在後，控制器310在複位期RST使電觸點119B連接到電接地以允許電觸點119B上累積的載荷子流到地面並且使電壓重定。在RST之後，系統121準備檢測另一個入射X射線光子。系統121在圖5的示例中可以應對的入射X射線光子的速率隱式地受限於1/(TD1+RST)。如果第一電壓比較器301被停用，控制器310可以在RST終止之前的任何時間啟動它。如果控制器310被停用，可在RST終止之前啟動它。
因為檢測器100具有可並行操作的許多像素150，檢測器可以應對速率高得多的入射X射線光子。這是因為特定像素150上的入射率是整個陣列像素上的入射率的1/N，其中N是像素數目。
圖6示意示出根據實施例的檢測器100的框圖。每個像素150可測量在步驟151中入射其上的X射線光子的能量。X射線光子的能量在步驟152中被數位化(例如，由ADC)為多個倉153A、153B、153C…中的一個。倉153A、153B、153C…每個分別具有對應的計數器154A、154B和154C。當能量分配到倉內時，對應計數器中存儲的數目增加一。檢測器100可使對應於像素150中的相同能量範圍的倉的所有計數器中存儲的數目相加。例如，所有像素150中的所有計數器(例如154A,154B,154C)中存儲的數目可相加並且存儲在對於相同能量範圍的全局計數器(例如100A,100B,100C)中。所有全局計數器中存儲的數目可編譯為檢測器100上入射的X射線的能譜。
圖7示出根據實施例對於圖6中的步驟151的示例流程圖。在步驟701中，例如使用第一電壓比較器301將暴露於X射線光子的二極體或電阻器的電觸點119B的電壓與第一閾值比較。在步驟702中，例如用控制器310確定電壓的絕對值是否等於或超出第一閾值V1的絕對值。如果電壓的絕對值未等於或未超出 第一閾值的絕對值，方法回到步驟701。如果電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值，繼續到步驟703。在步驟703中，測量T=(t1-t0)。在步驟704中，例如使用控制器310啟動時間延遲TD1。在步驟705中，例如使用第二電壓比較器302將電壓與第二閾值比較。在步驟706中，例如使用控制器310確定電壓的絕對值是否等於或超出第二閾值V2的絕對值。如果電壓的絕對值未等於或未超出第二閾值的絕對值，方法回到步驟707。在步驟707中，使用T測量暗電流對電壓的貢獻。在示例中，確定T是否大於之前測量的最大T(Tmax)。如果之前未測量T，Tmax=0。如果T大於Tmax，用T代替Tmax(即，T變成新的Tmax)。暗電流對電壓的貢獻處於V1/Tmax的比率。如果在該示例中測量暗電流，在步驟709中暗電流的貢獻是((tm-tr)．V1/Tmax)，其中tr是最後複位期的結束。與該公開中的任何時間間隔一樣，可以通過對脈衝計數(例如，對時鐘週期或時鐘脈衝計數)來測量(tm-tr)。在檢測器100的每個測量之前，Tmax可重定為零。可通過對t1與t0之間的脈衝的數目計數來測量T，如在圖5和圖8中示意示出的。使用T測量暗電流對電壓的貢獻的另一個方式包括提取T分佈的參數(例如，T的預期值(Texpected))並且將暗電流對電壓的貢獻率估計為V1/Texpected。在步驟708中，例如通過使電觸點119B連接到電接地，將電壓重定為電接地。如果電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值，繼續到步驟709。在步驟709中，在電壓穩定後在時間tm測量它，並且扣除暗電流對測量電壓的貢獻。時間tm可以是TD1終止之後且在RST之前的任何時間。在圖6中在步驟152中將結果提供給ADC。複位期結束的時間(例如，電觸點119B從電接地斷開的時間)是tr。
圖8示意示出根據實施例由暗電流引起的電觸點119B的電壓的時間變化。在RST後，電壓由於暗電流而增加。暗電流越高，電壓達到V1所花的時間越少(即T越短)。因此，T是暗電流的度量。暗電流不可能大到足以在TD1期間 促使電壓達到V2但入射X射線光子引起的電流可能大到足以這麼做。該差異可用於識別暗電流的效應。圖8中的流程可在像素150測量一系列入射光子時在每個像素150中實施，這將允許捕捉暗電流的變化(例如，由變化的環境(例如溫度)引起)。
儘管本文公開各種方面和實施例，其他方面和實施例對於本領域內技術人員將變得明顯。本文公開的各種方面和實施例是為了說明目的而不意在為限制性的，其真正範圍和精神由下列權利要求指示。

Claims (27)

  1. 一種方法，其包括：引導處於第一波長範圍的X射線和處於第二波長範圍的X射線到受檢者；將造影劑引入所述受檢者；用處於所述第一波長範圍的X射線捕捉第一圖像並且用處於所述第二波長範圍的X射線捕捉第二圖像；確定所述第一圖像與所述第二圖像之間的差分圖像；其中所述造影劑與處於所述第一波長範圍的X射線之間的交互強度和所述造影劑與處於所述第二波長範圍的X射線之間的交互強度是不同的。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述第一波長範圍和所述第二波長範圍不重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述第一波長範圍和所述第二波長範圍未完全重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括從相同X射線源產生處於所述第一波長範圍的X射線和處於所述第二波長範圍的X射線。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中產生處於所述第一波長範圍的X射線和處於所述第二波長範圍的X射線包括使用不同濾波器來濾波。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中通過攝入或注射來引入所述造影劑。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述交互強度具有至少1.2的比率。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述交互是衰減。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述第一圖像和所述第二圖像都在引入所述造影劑後捕捉。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述第一圖像和所述第二圖像在相同時間被捕捉。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述第一圖像和所述第二圖像使用相同X射線檢測器來捕捉。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述差分圖像包括所述第一圖像與所述第二圖像之間的加權位點相關差異。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中捕捉所述第一圖像和所述第二圖像包括使用X射線檢測器，其包括多個像素；其中所述X射線檢測器包括：X射線吸收層，其包括電觸點；第一電壓比較器，其配置成將所述電觸點的電壓與第一閾值比較；第二電壓比較器，其配置成將所述電壓與第二閾值比較；控制器；多個計數器，每個與倉關聯並且配置成記錄所述像素中的一個所吸收的X射線光子的數目，其中所述X射線光子的能量落在所述倉中；其中所述控制器配置成從所述第一電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超出所述第一閾值的絕對值的時間啟動時間延遲；其中所述控制器配置成確定X射線光子的能量是否落入所述倉內；其中所述控制器配置成促使與所述倉關聯的計數器記錄的數目增加一。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述X射線檢測器進一步包括電容器模組，其電連接到所述電觸點，其中所述電容器模組配置成從所述電觸點收集載荷子。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述控制器配置成在所述時間延遲開始或終止時啟動所述第二電壓比較器。
  16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述控制器配置成使所述電觸點連接到電接地。
  17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述電壓變化率在所述時間延遲終止時大致為零。
  18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述X射線吸收層包括二極體。
  19. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述X射線吸收層包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。
  20. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述X射線檢測器的每個像素配置成在一段時間內對其上入射的、能量落在多個倉中的X射線光子的數目計數；並且其中所述檢測器配置成使所有像素所計數的具有相同能量範圍的倉的X射線光子數目相加。
  21. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述裝置不包括閃爍體。
  22. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述X射線檢測器配置成將相加的數目編譯為所述X射線檢測器上入射的X射線光子的能譜。
  23. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述多個像素設置在陣列中。
  24. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述像素配置成在相同時段內對 X射線光子的數目計數。
  25. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述像素中的每個包括模數轉換器(ADC)，其配置成使代表入射X射線光子的能量的模擬信號數位化為數字信號。
  26. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述像素配置成並行操作。
  27. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述像素中的每個配置成測量它的暗電流。
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