TWI802553B - Ｘ射線成像系統、ｘ射線系統、貨物掃描或非侵入性檢查（ｎｉｉ）系統、全身掃描儀系統、ｘ射線計算斷層攝影（ｘ射線ｃｔ）系統、電子顯微鏡及ｘ射線成像方法 - Google Patents
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Abstract
本文公開適於檢測X射線的X射線成像系統，其包括：第一X射線檢測器，和第二X射線檢測器；其中，所述第一X射線檢測器被配置為相對於所述第二X射線檢測器移動；其中，所述第一X射線檢測器的空間解析度高於所述第二X射線檢測器的空間解析度；其中，所述第一X射線檢測器的檢測區域小於所述第二X射線檢測器的檢測區域。本文還描述了使用所述X射線成像系統的X射線成像的方法。
Description
本公開涉及X射線成像系統及X射線成像方法。
X射線檢測器可以是用於測量X射線的通量、空間分布、光譜或其它特性的器件。
X射線檢測器可用於許多應用。一種重要的應用是成像。X射線成像是一種射線照相技術，可用於揭示非均勻組成的以及不透明物體(例如人體)的內部結構。
用於成像的早期X射線檢測器包括攝影板和攝影膠片。攝影板可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。雖然攝影板被攝影膠片代替，它們仍然可以在特殊情況下使用，這是由於它們提供更好的質量和它們的極好的穩定性。攝影膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑料膜(例如，帶或片)。
在20世紀80年代，出現了光激勵螢光板(PSP板)。PSP板可包含在它的晶格中具有色心的螢光材料。在將PSP板暴露於X射線時，X射線激發的電子被困在色心中直到它們受到在板表面上掃描的鐳射光束的激勵。在鐳射掃描板時，捕獲的激發電子發出光，其被光電倍增管收集。收集的光轉換成數位圖像。與照相底片和攝影膠片相反，PSP板可以被重復使用。
另一種X射線檢測器是X射線圖像增強器。X射線圖像增強器的部件通常在真空中密封。與攝影板，攝影膠片和PSP板相反，X射線圖像增強器可以產生實時圖像，即，不需要曝光後處理來產生圖像。X射線首先撞擊輸入熒光體(例如，碘化銫)並被轉換為可見光。可見光然後撞擊光電陰極(例如含有銫和銻化合物的薄金屬層)並引起電子發射。發射電子的數量與入射X射線的強度成比例。發射的電子通過電子光學被投射到輸出熒光體上，並使所述輸出熒光體產生可見光圖像。
閃爍體的操作與X射線圖像增強器有些類似之處在於閃爍體(例如，碘化鈉)吸收X射線並且發射可見光，其然後可以被對可見光合適的圖像感測器檢測到。在閃爍體中，可見光在各個方向上傳播和散射並且從而降低空間解析度。使閃爍體厚度減少有助於提高空間解析度但也減少X射線吸收。閃爍體從而必須在吸收效率與解析度之間達成妥協。
半導體X射線檢測器通過將X射線直接轉換成電信號而在很大程度上克服該問題。半導體X射線檢測器可包括半導體層，其在感興趣波長吸收X射線。當在半導體層中吸收X射線光子時，產生多個載荷子(例如，電子和空穴)並且在電場下，這些載荷子被掃向半導體層上的電觸點。現有的半導體X射線檢測器(例如，Medipix)中需要的繁瑣的熱管理會使得具有大面積和大量圖元的檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開適於檢測X射線的X射線成像系統，包括：第一X射線檢測器，和第二X射線檢測器；其中，所述第一X射線檢測器被配置為相對於所述第二X射線檢測器移動；其中，所述第一X射線檢測器的空間解析度高於所述第二X射線檢測器的空間解析度；其中，所述第一X射線檢測器的檢測區域小於所述第二X射線檢測器的檢測區域。所述第一X射線檢測器被配置為位於X射線源和第二X射線檢測器之間。
根據實施例，第一X射線檢測器和第二X射線檢測器各自能形成圖像。
根據實施例，第一X射線檢測器被配置成對入射於其上的X射線的光子進行計數。
根據實施例，第一X射線檢測器是圖元化的。
根據實施例，第一X射線檢測器包括碲化鎘(CdTe)或碲化鎘鋅(CZT)。
根據實施例，第二X射線檢測器包括閃爍體。
根據實施例，X射線檢測器還包括被配置為讓第一X射線檢測器相對於第二X射線檢測器沿一個或多個方向移動的驅動器；其中所述一個或多個方向之一不垂直於第二X射線檢測器的成像平面。
根據實施例，驅動器包括從含有鋁、鋁復合材料、碳纖維及其組合的組群中選擇的材料。
根據實施例，所述驅動器包括機械臂。
根據實施例，驅動器包括第一軌道和第二軌道；其中，所述第一X射線檢測器被配置為沿所述第一軌道滑動；且其中所述第一軌道被配置為沿所述第二軌道滑動，其中所述第一軌道和所述第二軌道不平行。
根據實施例，第一X射線檢測器包括：X射線吸收層，其包括電極；第一電壓比較器，其被配置為將電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，其被配置為將所述電壓與第二閾值進行比較；計數器，其被配置為記
錄由所述X射線吸收層吸收的X射線光子數；控制器；所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值的時刻開始時間延遲；所述控制器被配置為在所述時間時延期間激活所述第二電壓比較器；所述控制器被配置為：如果第二電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值，那麽，使由所述計數器記錄的數字增加1。
根據實施例，第一X射線檢測器還包括電連接到電極的電容器模塊，其中，所述電容模塊被配置為從所述電極收集載荷子。
根據實施例，所述控制器被配置為在所述時間延遲的開始或終止時激活第二電壓比較器。
根據實施例，第一X射線檢測器還包括電壓表，其中，所述控制器被配置為在所述時延遲終止時使所述電壓表測量電壓。
根據實施例，控制器被配置為基於在所述時間延遲終止時測量的電壓值確定X射線光子能量。
根據實施例，所述控制器被配置為將所述電極連接到電接地。
根據實施例，在所述時間延遲終止時，電壓的變化率基本上是零。
根據實施例，在所述時間延遲終止時，電壓的變化率基本上是非零的。
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，第一X射線檢測器不包括閃爍體。
根據實施例，本文公開包括上述X射線成像系統和X射線源的系統，其中，所述系統配置為對人體胸部或腹部進行X射線照相。
根據實施例，系統包括上述X射線成像系統和X射線源，其中該系統被配置成對人的口腔進行X射線放射攝影。
本文公開貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括上述X射線成像系統和X射線源，其中該貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用背散射X射線形成圖像。
本文公開貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括上述X射線成像系統和X射線源，其中該貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用穿過被檢查物體的X射線來形成圖像。
本文公開全身掃描器系統，其包括上述X射線成像系統和X射線源。
本文公開X射線電腦斷層攝影(X射線CT)系統，其包括上述X射線成像系統和X射線源。
本文公開電子顯微鏡，其包括上述X射線成像系統、電子源和電子光學系統。
本文公開包括上述X射線成像系統的系統，其中該系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或其中該系統配置成進行乳房放射攝影、工業缺陷檢測、顯微放射攝影、鑄件檢查、焊縫檢查或數位減影血管攝影。
本文描述使用X射線成像系統的方法，其中所述X射線成像系統包括：第一X射線檢測器和第二X射線檢測器；其中，所述第一X射線檢測器被配置為相對於所述第二X射線檢測器移動；其中，所述第一X射線檢測器的空間解析度高於所述第二X射線檢測器的空間解析度；其中，所述第一X射線檢測器的檢測區域小於所述第二X射線檢測器的檢測區域；其中，所述方法包括：用所述第二X射線檢測器拍攝物體的第一圖像；基於所述第一圖像確定所述物體的感興趣區域；用所述第一X射線檢測器獲取所述感興趣區域的第二圖像。
根據實施例，所述方法還包括：在拍攝所述第二圖像之前，在移動所述第一X射線檢測器至適於拍攝所述感興趣區域的圖像的位置。
根據實施例，所述方法還包括通過組合所述第一圖像和所述第二圖像來制作復合圖像。
10:X射線成像系統
21:第一軌道
22:第二軌道
23:機械臂
29:驅動器
30:第一X射線檢測器
40:第二X射線檢測器
100:X射線檢測器
110:輻射吸收層
111:第一摻雜區域
112:本征區
113:第二摻雜區
114:離散區域
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:圖元
300:二極體
301:第一電壓比較器
302:第二電壓比較器
305:開關
306:電壓表
309:電容器模塊
310:控制器
320:計數器
388:電流源模塊
501:程式
502:程式
503:程式
504:程式
505:程式
1201:脈沖輻射源
1202:物體
1301:脈沖輻射源
1302:物體
1401:脈沖輻射源
1402:物體
1501:脈沖輻射源
1502:行李
1601:脈沖輻射源
1602:人
1701:脈沖輻射源
1801:電子源
1802:樣品
1803:電子光學系統
圖1示意性地示出根據實施例的X射線檢測器。
圖2A示意性地示出X射線檢測器的截面圖。
圖2B示意性地示出X射線檢測器的詳細橫截面視圖。
圖2C示意性地示出X射線檢測器的可供替代的詳細橫截面視圖。
圖3示意性地示出根據實施例的X射線檢測器，其包括第一X射線檢測器和第二X射線檢測器。
圖4示意性地示出根據實施例的X射線檢測器，其包括第一X射線檢測器和第二X射線檢測器。
圖5示意性地示出：根據實施例，使用包括第一X射線檢測器和第二X射線檢測器的X射線檢測器的方法。
圖6A和圖6B各自示出：根據實施例，圖2B的圖2C中的檢測器的電子系統的部件圖。
圖7-圖13各自示意性地示出包括本文所述的X射線檢測器的系統。
圖1示意性地示出作為例子的X射線檢測器100。X射線檢測器100具有圖元150陣列。陣列可以是矩形陣列，蜂窩陣列，六邊形陣列或任意其它合適的陣列。每個圖元150被配置為檢測來自入射於其上的輻射源的輻射，並且可以被配置為測量輻射的特征(例如，粒子的能量、波長、以及頻率)。例如，每個圖元150被配置成對入射於其上的，在時間段內能量落入多個箱中的光子數進行計數。所有圖元150可被配置為對在同一時間段內入射在其上的，在多個能量箱內的光子數量進行計數。每個圖元150可以具有自己的模數轉換器(ADC)，其被配置成將代表入射光子能量的類比信號數字化為數位信號。圖元150可被配置成並行操作。例如，當一個圖元150測量入射光子時，另一圖元150可等待光子到達。圖元150可不必單獨尋址。
圖2A示意性地示出：根據實施例，X射線檢測器100的橫截面視圖。X射線檢測器100可包括輻射吸收層110和用於處理或分析入射輻射在輻射吸收層110中產生的電信號的電子層120(例如，ASIC)。檢測器100可以包括閃爍體，或可以不包括閃爍體。輻射吸收層110可以包括半導體材料，例
如，矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或它們的組合。所述半導體對感興趣的輻射可具有高的質量衰減系數。
如圖2B中的X射線檢測器100的詳細橫截面圖所示，根據實施例，輻射吸收層110可以包括一個或多個二極體(例如，p-i-n或p-n)(由第一摻雜區域111，第二摻雜區113的一個或多個離散區域114形成)。第二摻雜區113和第一摻雜區111可被可選的本征區112隔開。離散部分114相互之間被第一摻雜區111或本征區112隔開。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111為p型並且區域113為n型，或者，區域111為n型並且區域113為p型)。在圖2B的例子中，第二摻雜區113的離散區域114的每一個與第一摻雜區111以及可選本征區112形成二極體。即，在圖2B的例子中，輻射吸收層110具有多個二極體，所述多個二極體具有第一摻雜區域111作為共享電極。第一摻雜區域111也可具有離散部分。
當來自脈沖輻射源的輻射擊中包括二極體的輻射吸收層110時，輻射光子可以通過多個機制被吸收並產生一個或多個載荷子。載荷子可以在電場下漂移到所述二極體中的一個的電極。該場可以是外部電場。電觸點119B可包括離散部分，其每一個與離散區域114電接觸。在實施例中，載荷子可以沿各方向這樣漂移，以至於由輻射的單個粒子產生的載荷子基本上不被兩個
不同的離散區域114共享(這裏“基本上不被共享”意味著，小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%的這些載荷子流到與其余載荷子不同的離散區域114中的一個)。在這些離散區域114中的一個的足跡區域周圍入射的輻射粒子產生的載荷子基本上不與這些離散區域114中的另一個相共享。與離散區域114相關聯的圖元150是這樣一個區域：該區域大致位於所述離散區域114處，在這裏入射的輻射粒子產生的載荷子，基本上全部(大於98%，大於99.5%，大於99.9%，或大於99.99%)流至所述離散區域114。即，這些載荷子中，小於2%，小於1%，小於0.1%，或小於0.01%流到該圖元之外。
如圖2C中的X射線檢測器100的可供替代的詳細橫截面圖所示，根據實施例，輻射吸收層110可以包括半導體材料的電阻器，例如，矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或它們的組合，但不包括二極體。所述半導體對感興趣的輻射可具有高的質量衰減系數。
當所述輻射撞擊包括電阻器但不包括二極體的輻射吸收層110時，它可通過多種機制被吸收並產生一個或多個電荷載體。一個輻射粒子可以產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到電觸點119A和119B。該場可以是外部電場。電觸點119B包括離散部分。在實施例中，載荷子可以這樣沿各方向漂移，以至於由單個輻射粒子產生的載荷子基本上不被電觸點119B
的兩個不同的離散部分共用(在這裏“基本上不被共用”意味著小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%的這些載荷子流至不同於其余載荷子的離散部分中的一個)。在電觸點119B的這些離散部分中的一個的足跡周圍入射的輻射粒子產生的載荷子基本上不與電觸點119B的這些離散部分中的另一個相共享。與電觸點119B的離散部分相關聯的圖元150可以是這樣的區域，該區域大致位於所述離散部分處，入射於其中的輻射粒子產生的載荷子基本上全部(大於98%，大於99.5%，大於99.9%或大於99.99%)流到電觸點119B的所述離散部分。即，這些載荷子流中，小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%流到與電觸點119B的一個離散部分相關聯的圖元之外。
電子層120可包括電子系統121，其適於處理或解釋由入射到輻射吸收層110上的輻射產生的信號。電子系統121可以包括類比電路，例如濾波網絡，放大器，整合器以及比較器，或數位電路例如微處理器，以及記憶體。電子系統121可包括一個或更多的ADC。電子系統121可以包括由圖元共享的部件或專用於單個圖元的部件。例如，電子系統121可以包括專用於每個圖元的放大器和在所有圖元之間共享的微處理器。所述電子系統121可以通過通孔131與圖元電連接。所述通孔中的空間可以被填充材料130填充，這可增加電子層120與輻射吸收層110的連接的機械穩定性。其它結合技術將電子系統121連接到圖元(不使用通孔)是可能的。
由入射在輻射吸收層110上的輻射產生的信號可以是電流的形式。同樣地，暗雜訊也可以是電流的形式(例如，來自電觸點119B的直流電流)如果可以確定電流，則電流可被補償(例如，從電子系統121轉移)。
如圖3示意性地示出，根據實施例，適用於X射線檢測的X射線成像系統10包括第一X射線檢測器30和第二X射線檢測器40。第一X射線檢測器30被配置為相對於第二X射線檢測器40移動。第一X射線檢測器30的空間解析度高於第二X射線檢測器40的空間解析度。第一X射線檢測器30和第二X射線檢測器40各自能夠形成圖像。第一X射線檢測器30通常可以具有小於第二X射線檢測器40的檢測區域。如本文所用，X射線檢測器的檢測區域是能夠檢測X射線的區域。
第一X射線檢測器30可以是任何合適的X射線檢測器，包括但不限於圖1和圖2A-圖2C中所示的X射線檢測器100。例如，第一X射線檢測器可對入射於其上的X射線的光子進行計數。例如，第一X射線檢測器30可以是圖元化的。根據實施例，第一X射線檢測器可包括碲化鎘(CdTe)或鎘鋅碲化鎘(CZT)。根據實施例，第二X射線檢測器包括閃爍體。半導體CdTe和CZT作為用於硬X射線的室溫檢測的材料選擇而出現，因為它們在成像中提供了高的空間和時間解析度。這種具有第一CZT檢測器的X射線檢測
器的一個應用是醫學操作中的醫學成像，例如心臟手術。根據實施例，第二X射線檢測器可以具有閃爍體；或者，第二X射線檢測器可以是能夠進行光計數的半導體X射線檢測器，但解析度低於第一檢測器的解析度。
根據實施例，所述第一X射線檢測器可以按重疊方式位於所述第二X射線檢測器的上部。或者，所述第一X射線檢測器可以位於所述第二X射線檢測器的一側上。
根據實施例，X射線成像系統10還包括用於X射線源的特別濾波器，使得只有與第一檢測器對應的檢測區域能夠接收到足夠的X射線劑量，而其余的檢測區域可僅接收被減小的X射線劑量。這樣的X射線成像系統10可以減少患者接收的輻射劑量。根據實施例，所述過濾器可以具有中間的矩形孔以允許X射線通過，所述矩形孔與對應於第一檢測器的檢測區域對準；所述過濾器的其余部分由可降低X射線輻射劑量的預定厚度的銅制成。
根據實施例，第一X射線檢測器30的幀率大於第二X射線檢測器40的幀率；這樣的X射線成像系統10可以作為DSA檢測器工作。例如，第一X射線檢測器30可以每秒30幀工作，而第二X射線檢測器40僅以每秒10幀工作。
根據實施例，X射線成像系統10還包括驅動器29，其被配置為讓第一X射線檢測器30相對於第二X射線檢測器40沿一個或多個方向移動；且所述一個或多個方向中的至少一個不垂直於所述第二X射線檢測器40的成像平面。如本文中所使用的，成像平面是輻射檢測器從其中獲得圖像的平面。當第一X射線檢測器和第二X射線檢測器用來拍攝來自物體的圖像時，所述第一X射線檢測器通常用於在所述物體上的感興趣區域上拍攝高解析度圖像，並且第二X射線檢測器通常用於在整個物體上或包括感興趣區域的物體的較大區域上拍攝低解析度背景圖像。在這樣的例子中，第一X射線檢測器的成像平面和第二X射線檢測器相同或相近，且所述第一X射線檢測器大致平行於所述第二X射線檢測器移動。
根據實施例，所述驅動器包括具有低X射線吸收的材料，所述材料可以選自鋁、鋁復合材料、碳纖維及其組合的組群。這樣的材料選擇確保了驅動器通常不被顯示在在X射線成像結果中。所述驅動器可以從所述第二X射線檢測器的視圖中移出。
根據實施例，如圖3所示，驅動器29包括第一軌道21和第二軌道22；第一X射線檢測器30可沿第一軌道21滑動；且第一軌道21可沿第二軌道22滑動，使得第一X射線檢測器30相對於第二X射線檢測器40移動。第一
軌道和第二軌道不是平行的。第一和第二軌道可以成90°或不是90°的角度。第一和第二軌道的方向可以平行或可以不平行於第二檢測器的邊緣；因此，第一檢測器的邊緣的方向可以平行或可以不平行於第二檢測器的邊緣。
根據實施例，如圖4所示，所述驅動器29包括機械臂23，其與所述第一X射線檢測器30連接；並且當使用時，機械臂23將第一X射線檢測器30相對於第二X射線檢測器40移動到感興趣的區域。驅動器29可以具有其它形式使第一X射線檢測器相對於第二X射線檢測器移動。
上述X射線成像系統可用於廣泛應用，包括但不限於醫學成像。在圖5示意性示出的例子中，在程式501中，用第二X射線檢測器拍攝物體的第一圖像；在程式502中基於第一圖像確定物體的興趣區域；在程式504中，用所述第一X射線檢測器拍攝所述感興趣區域的第二圖像。
在拍攝第二圖像之前，在程式503中第一X射線檢測器可以被移動到適於拍攝感興趣區域圖像的位置。
在程式505中，可以通過組合第一圖像和第二圖像來制作合成圖像。
第一X射線檢測器可以進一步包括，例如，如下所述的部件。
圖6A圖6B各自示出根據實施例的電子系統121的部件圖。系統121包括電容器模塊309，其被電連接到二極體300的電極或電觸點，其中所述電容模塊被配置為從所述電極收集載荷子。電容器模塊能包括電容器，並且來自電極的載荷子在一段時間(“整合周期”)在所述電容器上聚集。在整合周期結束後，電容器電壓被采樣，然後由復位開關復位。電容器模塊可包括直接連接到電極的電容器。電容器可處於放大器的回饋路徑中。這樣配置的放大器被稱為電容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通過不讓放大器飽和而具有高的動態範圍，並通過限制信號路徑中的帶寬來提高信噪比。
此外，除了包括電流源模塊388的電容器模塊309，電子系統121可進一步包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、計數器320、開關305、電壓表306和控制器310，如圖6A和圖6B所示。
第一電壓比較器301被配置為將二極體300的電極的電壓與第一閾值進行比較。二極體可以是由第一摻雜區域111，第二摻雜區113的離散區114中的一個，以及可選的本征區112形成。或者，第一電壓比較器301被配置為將電觸點(例如，電觸點119B的離散部分)的電壓與第一閾值進行比較。第一電壓比較器301可被配置為直接監控電壓，或通過在一段時間內對流經二極體或電觸點的電流進行整合來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制
器310可控地激活或停用。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可被配置為連續地激活，並且連續地監控電壓。第一電壓比較器301被配置為連續比較器，減少了系統121錯過由入射X射線光子產生的信號的可能性。當入射X射線強度相對較高時，配置為連續比較器的第一電壓比較器301是特別合適的。第一電壓比較器301可以是鐘控比較器，其具有較低功耗的好處。配置為鐘控比較器的第一電壓比較器301可使系統121錯過由一些入射X射線光子產生的信號。當入射X射線強度低時，由於兩個連續光子之間的時間間隔相對較長，所以錯過入射X射線光子的機會較低。因此，當入射X射線強度較低時，第一電壓比較器301被配置為種控比較器特別適合。第一閾值可以是一個入射X射線光子在二極體或電阻中產生的最大電壓的5-10%，10%-20%，20-30%，30-40%或40-50%。所述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的材料以及其它因素。例如，第一閾值可以是50mV，100mV，150mV或200mV。
第二電壓比較器302被配置為將電壓與第二閾值進行比較。第二電壓比較器302可被配置為直接監控電壓，或通過將一段時間流過二極體或電觸點的電流進行整合來計算所述電壓。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可控地激活或停用。當第二電壓比較器
302被停用時，第二電壓比較器302的功耗可以比第二電壓比較器302被激活時的功耗小1%，小5%，小10%或小20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文中所使用的，術語實數x的“絕對值”或“模”｜x｜是x的不考慮其符號的非負值。即，
。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。第二閾值可以是一個入射X射線光子在二極體或電阻器中可產生的最大電壓的至少50%。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可以是相同的部件。即，系統121可以具有一個電壓比較器，該電壓比較器可以在不同的時間將電壓與兩個不同閾值進行比較。
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它合適的電路。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在入射X射線的高通量情況下工作。然而，具有高的速度常以功耗為代價。
計數器320被配置為記錄到達二極體或電阻器的X射線光子數。計數器320可以是軟體部件(例如，存儲在計算機記憶體中的數字)或硬體部件(例如4017IC和7490IC)。
控制器310可以是諸如微控制器和微處理器之類的硬體部件。控制器310被配置為從第一電壓比較器301確定電壓絕對值等於或超過第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從低於第一閾值的絕對值增加到等於或高於第一閾值的絕對值的值)的時刻開始時間延遲。這裏使用的是絕對值，因為電壓可以是負的或正的，取決於所用的是二極體陰極或陽極的電壓，或所用的是哪個電觸點。控制器310可被配置為：在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值之前，保持停用第二電壓比較器302、計數器320和任何第一電壓比較器301的操作不需要的其它電路。時間延遲可在電壓變穩定(即，電壓的變化率基本上為零)之前或之後結束。術語“電壓的變化率基本為零”意味著電壓的時間變化小於0.1%/ns。術語“電壓的變化率基本上是非零”意味著電壓的時間變化是至少0.1%/ns。
控制器310可被配置為在時間延遲期間(包括開始和結束)來激活第二電壓比較器。在實施例中，控制器310被配置為在時間延遲開始時激活第二電壓比較器。術語"激活"意味著使所述部件進入操作狀態(例如，通過發送諸如電壓脈沖或邏輯電平信號，通過提供功率等)。術語"停用"意味著使所述部件進入非操作狀態(例如，通過發送諸如電壓脈沖或邏輯電平信號，通過切斷電源等)。操作狀態比非操作狀態可具有較高的功耗(例如，10倍以上，100倍更高，1000倍以上)。控制器310本身可以被停用，直到當電壓
的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值時，第一電壓比較器301的輸出激活控制器310。
控制器310可被配置為：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過第二閾值的絕對值，則使計數器320記錄的數增加1。
控制器310可被配置為：在時間延遲期滿時使電壓表306測量電壓。控制器310可被配置成將電極連接到電接地，以復位電壓並釋放累積在電極上的載荷子。在實施例中，時間延遲結束後電極被連接到電接地。在實施例中，電極被連接到電接地有限復位時間。控制器310可通過控制開關305來將電極連接到電接地。開關可以是諸如場效應電晶體(FET)的電晶體。
控制器310可被配置為控制電流源模塊388。例如，控制器310可以通過控制電流源模塊388來改變暗雜訊的補償幅度。
在實施例中，系統121沒有類比濾波網絡(例如，RC網絡)。在實施例中，系統121沒有類比電路。
電壓表306可將其測量的作為類比或數位信號的電壓回饋給控制器310。
圖7示意性地示出包括本文所述的輻射檢測器100的系統。該系統可用於醫學成像，例如胸部X射線照相、腹部X射線照相等。系統包括發射X射線的脈沖輻射源1201。從脈沖輻射源1201發射的X射線穿過物體1202(例如，諸如胸部、肢體、腹部的人體部分)，被物體1202的內部結構(例如，骨骼、肌肉、脂肪、器官等)不同程度地衰減，並且被投射到輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測X射線的強度分布而形成圖像。
圖8示意性地示出包括本文所述的輻射檢測器100的系統。該系統可用於諸如牙科X射線照相的醫療成像。該系統包括發射X射線的脈沖輻射源1301。從脈沖輻射源1301發射的X射線穿透物體1302，其是哺乳動物(例如，人)的嘴巴的部分。物體1302可以包括上頜骨、腭骨、牙齒、下頜或舌頭。X射線被物體1302的不同結構不同程度地衰減，並被投射到輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測X射線的強度分布而形成圖像。牙齒比齲牙、感染、牙周韌帶更多地吸收X射線。牙科患者接收的X射線輻射的劑量典型地為小的(全口系列大約0.150mSv)。
圖9示意性地示出包括本文所述的輻射檢測器100的貨物掃描或非侵入性檢查(NII)系統。該系統可用於檢查和識別運輸系統中的貨物，例如集裝箱、車輛、船舶、行李等。該系統包括脈沖輻射源1401。從脈沖輻射源1401
發射的輻射可從物體1402(例如，集裝箱，車輛，船舶等)背散射並被投射到輻射檢測器100。物體1402的不同內部結構可不同地背散射所述輻射。輻射檢測器100通過檢測背散射輻射的強度分布和/或背散射輻射的能量來形成圖像。
圖10示意性地示出包括本文所述的輻射檢測器100的另一貨物掃描或非侵入性檢查(NII)系統。該系統可用於公共運輸站和機場的行李篩選。該系統包括發射X射線的脈沖輻射源1501。從脈沖輻射源1501發射的X射線可穿透行李1502，被行李的內容不同地衰減，並被投射輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測所述透射X射線的強度分布而形成圖像。該系統可以揭示行李的內容，並識別在公共交通上禁止的物品，例如槍支，毒品，鋒利武器，易燃物。
圖11示意性地示出包括本文所述的輻射檢測器100的全身掃描系統。全身掃描系統可為了安全篩選目的檢測人身體上的物體，不需物理地去除衣物或進行物理接觸。全身掃描系統能夠檢測非金屬物體。全身掃描系統包括脈沖輻射源1601。從脈沖輻射源1601發射的輻射可從被篩選的人1602及其上的物體背散射，並被投射到輻射檢測器100。所述物體和所述人體可不同地
背散射所述輻射。輻射檢測器100通過檢測背散射輻射的強度分布來形成圖像。輻射檢測器100和脈沖輻射源1601可被配置為沿直線或旋轉方向掃描人。
圖12示意性地示出X射線計算機斷層攝影(X射線CT)系統。X射線CT系統使用計算機處理的X射線來產生被掃描物體的特定區域的斷層圖像(虛擬的“切片”)。斷層圖像可用於各種醫學學科中的診斷和治療目的，或用於探傷、故障分析、計量、組裝分析和反向工程。X射線CT系統包括本文描述的輻射檢測器100和發射X射線的脈沖輻射源1701。輻射檢測器100和脈沖輻射源1701可被配置成沿一個或多個圓形或螺旋路徑同步旋轉。
圖13示意性地示出電子顯微鏡。電子顯微鏡包括被配置為發射電子的電子源1801(也稱為電子槍)。電子源1801可具有各種發射機制，例如熱離子，光電陰極，冷發射或等離子體源。被發射的電子通過電子光學系統1803，其可被配置為影響、加速或聚焦電子。然後電子到達樣品1802，並且圖像檢測器可從那裏形成圖像。電子顯微鏡可以包括本文所述的輻射檢測器100，用於進行能量色散X射線分光鏡檢查(EDS)。EDS是用於樣品的元素分析或化學表征的分析技術。當電子入射到樣品上時，它們引起來自樣品的特征X射線的發射。入射電子可以激發樣品中的原子的內殼中的電子，從所述殼中將其排出，同時在所述電子原先的位置形成電子空穴。來自外部的高
能殼層的電子填充所述空穴，較高能量殼層與較低能量殼層之間的能量差可以按X射線的形式釋放。通過輻射檢測器100可以測量從樣品發射的X射線的數量和能量。
這裏描述的脈沖輻射檢測器100可具有其它應用，比如在X射線望遠鏡，X射線乳房攝影，工業X射線缺陷檢測，X射線顯微或微成像，X射線鑄造檢查，X射線無損檢測，X射線焊接檢查，X射線數位減影血管攝影等中。使用該脈沖輻射檢測器100適合於代替攝影板，攝影膠片，PSP板，X射線圖像增強器，閃爍體或X射線檢測器。
盡管本文公開各種方面和實施例，其它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。
10:X射線成像系統
21:第一軌道
22:第二軌道
29:驅動器
30:第一X射線檢測器
40:第二X射線檢測器
Claims (33)
- 一種適合用於檢測X射線的X射線成像系統，其包括：一第一X射線檢測器和一第二X射線檢測器；其中所述第一X射線檢測器被配置為相對於所述第二X射線檢測器移動；其中所述第一X射線檢測器的一空間解析度高於所述第二X射線檢測器的一空間解析度；其中所述第一X射線檢測器的一檢測區域小於所述第二X射線檢測器的一檢測區域；其中所述第一X射線檢測器包括：包括一電極的一X射線吸收層；被配置為將所述電極的一電壓與一第一閾值進行比較的一第一電壓比較器；被配置為將所述電壓與一第二閾值進行比較的一第二電壓比較器；一計數器，其被配置為記錄由所述X射線吸收層吸收的X射線光子數； 一控制器；其中所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定所述電壓的一絕對值等於或超過所述第一閾值的一絕對值的一時刻開始一時間延遲；其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期間激活所述第二電壓比較器；其中所述控制器被配置為：如果所述第二電壓比較器確定所述電壓的一絕對值等於或超過所述第二閾值的一絕對值，則使由所述計數器記錄的數字增加1。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器和所述第二X射線檢測器各自能夠形成一圖像。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器被配置成對入射於其上的X射線的光子進行計數。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器是圖元化的(pixelated)。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器包括碲化鎘(CdTe)或碲化鎘鋅(CZT)。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第二X射線檢測器包括閃爍體(scintillatoe)。
- 如請求項1之X射線成像系統，其包括一驅動器，所述驅動器被配置為相對於所述第二X射線檢測器在一個或多個方向上移動所述第一X射線檢測器；其中所述一個或多個方向之一者不垂直於所述第二X射線檢測器的一成像平面。
- 如請求項7之X射線成像系統，其中所述驅動器包括從由鋁、鋁複合材料、碳纖維及其組合的一組群中選擇的一材料。
- 如請求項7之X射線成像系統，其中所述驅動器包括一機械臂。
- 如請求項7之X射線成像系統，其中所述驅動器包括一第一軌道和一第二軌道；其中所述第一X射線檢測器被配置為沿所述第一軌道滑動；且其中所述第一軌道被配置為沿所述第二軌道滑動，其中所述第一軌道和所述第二軌道不平行。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器還包括與所述電極電連接的一電容模塊，其中所述電容模塊被配置為從所述電極收集載荷子(charge carrier)。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述控制器被配置為在所述時間延遲的一開始或終止時激活所述第二電壓比較器。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器還包括一電壓表，其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期滿時使所述電壓表測量所述電壓。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述控制器被配置為基於在所述時間延遲期滿時所測量的所述電壓的一值來確定一X射線光子能量。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述控制器被配置為將所述電極連接到一電接地。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中在所述時間延遲終止時，所述電壓的一變化率實質上為零。
- 如請求項1的X射線成像系統，其中在所述時間延遲終止時，所述電壓的一變化率實質上為非零。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述X射線吸收層包括一二極體。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述X射線吸收層包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或它們的組合。
- 如請求項1之X射線成像系統，其中所述第一X射線檢測器不包括閃爍體。
- 一種X射線系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源，其中所述X射線系統被配置為對人體胸部或腹部進行X射線照相。
- 一種X射線系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源，其中所述X射線系統被配置為對人的嘴巴進行X射線照相。
- 一種貨物掃描或非侵入性檢查(NII)系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源， 其中所述貨物掃描或非侵入性檢查系統(NII)被配置成使用背散射X射線形成一圖像。
- 一種貨物掃描或非侵入性檢查(NII)系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入性檢查(NII)系統被配置為使用穿過被檢查的一物體的X射線形成一圖像。
- 一種全身掃描儀系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源。
- 一種X射線計算斷層攝影(X射線CT)系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；及一X射線源。
- 一種電子顯微鏡，其包括：請求項1之X射線成像系統； 一電子源；及一電子光學系統。
- 一種X射線系統，其包括：請求項1之X射線成像系統；其中所述X射線系統為一X射線望遠鏡，或一X射線顯微鏡，或其中所述X射線系統被配置為進行乳房攝影，工業缺陷檢測，微成像，鑄造檢查，焊接檢查，或數位減影血管攝影。
- 一種使用一X射線成像系統的X射線成像方法，其中所述X射線成像系統包括：一第一X射線檢測器和一第二X射線檢測器；其中所述第一X射線檢測器被配置為相對於所述第二X射線檢測器移動；其中所述第一X射線檢測器的一空間解析度高於所述第二X射線檢測器的一空間解析度； 其中所述第一X射線檢測器的一檢測區域小於所述第二X射線檢測器的一檢測區域；其中所述第一X射線檢測器包括：包括一電極的一X射線吸收層；被配置為將所述電極的一電壓與一第一閾值進行比較的一第一電壓比較器；被配置為將所述電壓與一第二閾值進行比較的一第二電壓比較器；一計數器，其被配置為記錄由所述X射線吸收層吸收的X射線光子數；一控制器；其中所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定所述電壓的一絕對值等於或超過所述第一閾值的一絕對值的一時刻開始一時間延遲；其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期間激活所述第二電壓比較器； 其中所述控制器被配置為：如果所述第二電壓比較器確定所述電壓的一絕對值等於或超過所述第二閾值的一絕對值，則使由所述計數器記錄的數字增加1該方法包括：用所述第二X射線檢測器拍攝一物體的一第一圖像；基於所述第一圖像確定所述物體的一感興趣區域；以及用所述第一X射線檢測器拍攝所述感興趣區域的一第二圖像。
- 如請求項29之方法，包括：在拍攝所述第二圖像之前將所述第一X射線檢測器移動到適於拍攝所述感興趣區域的一圖像的一位置。
- 如請求項29之方法，其包括：通過組合所述第一圖像和所述第二圖像來製作一合成圖像。
- 如請求項29之方法，其中所述第一X射線檢測器被配置為在所述第一X射線檢測器移動時重疊所述第二X射線檢測器。
- 如請求項29之方法，其另包括將所述第一X射線檢測器移動至所述感興趣區域，其中所述第一X射線檢測器被配置為在所述第一X射線檢測器移動時重疊所述第二X射線檢測器。
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