專利名稱：用于在像素化圖像探測器中提供共享電荷的系統(tǒng)和方法
用于在像素化圖像探測器中提供共享電荷的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本文公開的主題通常涉及圖像探測器，更具體地涉及像素化固態(tài)圖像探測器以及利用所述探測器的光子探測。用于診斷成像系統(tǒng)的探測器，例如用于單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層照相(SPECT)和計(jì)算機(jī)斷層照相(CT)成像系統(tǒng)的探測器，常常由半導(dǎo)體材料制成，其中例如碲化鎘鋅(CdZnTe，常常稱之為CZT)、碲化鎘(CdTe)和硅(Si)。這些半導(dǎo)體探測器典型地包括像素化探測器模塊的陣列。像素化固態(tài)伽馬射線探測器的空間分辨率由探測器像素的尺寸來限定。最小的像素尺寸還由固體物理學(xué)和工程學(xué)來限定。在CZT探測器中的伽馬射線相互作用期間，在連續(xù)的陰極和像素化陽極之間逐漸形成電荷云。該云生長朝向探測器的陽極側(cè)移動。在常規(guī)系統(tǒng)中，將每個(gè)像素陽極連接到前置放大器和每像素大量的讀出通道(例如256個(gè)讀出通道)上。因此，隨著像素尺寸減 少以提高空間分辨率，總讀出通道的數(shù)量增加，從而增加了電子設(shè)備、控制器、成本以及熱產(chǎn)生的復(fù)雜度。因此，用相對大的像素尺寸來制造使用直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料(例如CZT或者CdTe)的伽馬和X射線探測器，以減少電子設(shè)備的復(fù)雜度(例如減少特定用途集成電路(ASIC)復(fù)雜度)并且減少或者避免在相鄰像素之間共享的電荷云。然而,對于X射線和CT應(yīng)用來說，這個(gè)大像素尺寸表現(xiàn)得并不令人滿意。另外,在SPECT系統(tǒng)中，圖像性能直接與探測器像素的數(shù)量相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)各種實(shí)施例，提供了用于控制像素化固態(tài)光子探測器的電荷分布的方法。該方法包括在配置中為像素化固態(tài)光子探測器提供多個(gè)像素使得通過至少兩個(gè)像素來探測電荷分布，并且從所述至少兩個(gè)像素獲得電荷信息。該方法還包括基于所獲得的電荷信息來確定電荷分布與多個(gè)像素相互作用的位置。根據(jù)其它的實(shí)施例，提供了包括半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上的多個(gè)陽極像素的像素化固態(tài)光子探測器。所述陽極像素中的每一個(gè)在至少一個(gè)方向上具有拉伸長度。像素化固態(tài)光子探測器還包括與多個(gè)陽極像素相反的半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)表面上的陰極。根據(jù)另一些實(shí)施例，提供了包括半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上的多個(gè)陽極像素的像素化固態(tài)光子探測器。所述陽極像素中的每一個(gè)被劃分成多個(gè)子像素。像素化固態(tài)光子探測器還包括與多個(gè)陽極像素相反的半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)表面上的陰極。


圖I是根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素化探測器的一部分的簡化的橫截面視圖。圖2是根據(jù)各種實(shí)施例的、用于控制像素化探測器的多個(gè)像素化元件間的電荷分布的方法的流程圖。圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例形成的像素化光子探測器的頂部透視圖。
圖4是包括圖3的多個(gè)像素化光子探測器的伽馬照相機(jī)的頂部透視圖。圖5是根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素化探測器的俯視圖并且示出了不同的像素配置。圖6是根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素化探測器的俯視圖并且示出了行和列連接布置。圖7是根據(jù)各種實(shí)施例形成的、具有拉伸像素的像素化探測器的俯視圖。圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的、利用像素化探測器確定電荷相互作用的位置的方法的流程圖。圖9是說明根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素連接布置的圖示。 圖10是說明根據(jù)各種實(shí)施例形成的另一種像素連接布置的圖示。圖11是說明根據(jù)各種實(shí)施例的電荷探測的圖示。圖12是說明不具有通道組合的電荷探測的圖示。圖13是說明在y軸上沒有位置插值情況下的電荷探測的圖示。圖14是說明根據(jù)各種實(shí)施例的、使用錯(cuò)開的陽極的電荷探測的圖示。圖15是說明根據(jù)各種實(shí)施例的、使用錯(cuò)開和拉伸的陽極的電荷探測的圖示。圖16是根據(jù)各種實(shí)施例形成的、具有拉伸像素的像素化探測器的俯視圖。圖17是根據(jù)說明成對連接的陽極像素的各種實(shí)施例形成的具有拉伸像素的像素化探測器的俯視圖。圖18是根據(jù)各種實(shí)施例形成的、在二維陣列中具有拉伸像素的像素化探測器的俯視圖。圖19是根據(jù)具有電阻層的各種實(shí)施例形成的像素化探測器的一部分的簡化的橫截面視圖。圖20是根據(jù)具有像素化陽極和像素化陰極的各種實(shí)施例形成的像素化探測器的一部分的橫截面視圖的圖示并且說明了相互作用的深度(D0I)。圖21是根據(jù)各種實(shí)施例形成的兩層像素化探測器的一部分的橫截面視圖的圖
/Jn ο圖22是說明根據(jù)各種實(shí)施例形成的多層交叉帶探測器的圖示。圖23是根據(jù)各種實(shí)施例構(gòu)建的、示范的核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的透視圖。圖24是根據(jù)各種實(shí)施例構(gòu)建的核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)和附圖一起閱讀時(shí)，將會更好地理解前述的發(fā)明內(nèi)容以及下面某些實(shí)施例的詳細(xì)描述。就

了各種實(shí)施例的功能塊的圖示來說，功能塊不一定表示硬件電路之間的劃分。因此，例如一個(gè)或多個(gè)功能塊(例如處理器或存儲器)可以在單個(gè)硬件(例如通用信號處理器或隨機(jī)存取存儲器、硬盤等等)或者多個(gè)硬件中實(shí)現(xiàn)。同樣地，程序可以是獨(dú)立的程序，可以在操作系統(tǒng)中作為子程序進(jìn)行合并，可以是安裝的軟件包中的功能，等等。應(yīng)當(dāng)理解，各種實(shí)施例不限于圖中所示的布置和工具。如文中所使用的，以單數(shù)記載的并且以單詞“a”或“an”開始的元件或者步驟應(yīng)當(dāng)理解為不排除所述元件或者步驟的復(fù)數(shù)，除非明確聲明這種排除。此外，提及“一個(gè)實(shí)施例”并不打算解釋為排除還合并了所記載的特征的其它實(shí)施例的存在。此外，除非有明確相反的聲明，“包括”或者“具有”擁有特定性質(zhì)的元件或者多個(gè)元件的實(shí)施例可包括不具有那種性質(zhì)的附加的這樣的元件。如本文中還使用的，短語“重建圖像”并不打算排除其中生成表示圖像的數(shù)據(jù)、但是不是看得見的圖像的實(shí)施例。因此，如文中所使用的術(shù)語“圖像”寬泛地指看得見的圖像和表示看得見的圖像的數(shù)據(jù)。然而，許多實(shí)施例生成或者被配置成生成至少一個(gè)看得見的圖像。各種實(shí)施例提供了用于控制像素化固態(tài)(例如半導(dǎo)體)探測器中的電荷分布的系統(tǒng)和方法，以允許探測電荷共享以及利用像素化探測器識別電荷共享相互作用的位置。配置像素化探測器的像素，使得通過至少兩個(gè)像素或者子像素來探測可由電子電荷云限定的電荷分布。提供了像素化探測器的不同配置和布置，例如具有不同的成形并定位的像素或者子像素元件的像素化伽馬照相機(jī)。在相關(guān)的電子設(shè)備中沒有大量增加的情況下，根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素化探測器提供了更高的空間分辨率。各種實(shí)施例中的至少一個(gè)實(shí)施例的技術(shù)效果是提供了更靈敏的成像，例如更靈敏的單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層照相(SPECT)和 /或X射線或者計(jì)算機(jī)斷層照相(CT)成像掃描儀。另外，當(dāng)實(shí)施各種實(shí)施例時(shí)，可提供更低功耗水平下的操作。各種實(shí)施例還允許提供用于包括像X射線和伽馬射線探測器的雙用途的像素化探測器。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管所描述的各種實(shí)施例與具有特定部件(包括像素化探測器的特定配置或布置)的核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)有關(guān)，但是各種實(shí)施例并不限于核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)或者本文描述的特定的像素化探測器。因此，可以實(shí)現(xiàn)與任何類型的診斷成像系統(tǒng)有關(guān)的各種實(shí)施例，例如醫(yī)學(xué)診斷成像系統(tǒng)(如CT或X射線系統(tǒng))、非破壞性試驗(yàn)系統(tǒng)、安全監(jiān)視系統(tǒng)(如空運(yùn)行李或機(jī)場安全成像系統(tǒng))等。另外，可修改配置和布置，使得在各種實(shí)施例中的至少某些實(shí)施例中保持電荷分布的位置和從像素化探測器的陽極接收到的相應(yīng)信號之間的關(guān)系O各種實(shí)施例提供了探測光子(例如發(fā)射伽馬射線光子或透射X射線光子)并且使用配置和布置來根據(jù)像素化探測器的像素或者子像素之間的電荷共享識別所探測到的光子的位置的像素化探測器。因此，由于探測到相鄰像素間共享的電荷分布，所以可將相鄰像素間產(chǎn)生相互作用的電荷包括在如本文詳細(xì)描述的用于所探測到的伽馬射線發(fā)射的響應(yīng)函數(shù)中。圖I是根據(jù)各種實(shí)施例形成的像素化探測器30的簡化的橫截面正視圖。像素化探測器30包括由例如碲化鎘鋅(CZT)晶體或碲化鎘(CdTe)的輻射響應(yīng)半導(dǎo)體材料形成的襯底32。通過沉積多個(gè)導(dǎo)電電極以形成多個(gè)標(biāo)識為陽極34的像素電極來限定具有多個(gè)像素或子像素的像素化結(jié)構(gòu)(如本文詳細(xì)描述的)?？赏ㄟ^掩模執(zhí)行沉積以便限定電極結(jié)構(gòu)。作為備選，在晶體的表面上沉積連續(xù)的導(dǎo)電層(例如金屬層)，并且通過化學(xué)或激光蝕刻、光刻法或者本領(lǐng)域已知的其它方法形成多個(gè)電隔離的電極。正如本文詳細(xì)描述的，陽極34的形狀和配置以及每個(gè)陽極34之間的間距便于根據(jù)由所探測到的光子產(chǎn)生電荷來確定電荷共享相互作用36的位置。正如本文詳細(xì)描述的，當(dāng)入射到襯底32上的光子通過電離作用損失能量并且在襯底32的區(qū)域中留下成對的流動電子(e_)和空穴(+ )(為簡單起見僅示出了一對電子/空穴)時(shí)，電荷相互作用36發(fā)生。
像素化探測器30還包括在與陽極34相反的襯底32的表面或側(cè)側(cè)上的陰極38，陰極38可由單個(gè)陰極電極形成。應(yīng)當(dāng)注意到，陽極34可限定像素或者可被劃分使得形成子像素。還應(yīng)當(dāng)注意到，可以在由陰極38限定的輻射探測表面的前面設(shè)置一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直器。還應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)各種實(shí)施例，激光蝕刻和光刻法以及其它顯微機(jī)械加工和納米技術(shù)方法可以創(chuàng)建具有達(dá)到次微觀計(jì)和幾個(gè)納米級的精細(xì)細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)用于使用。圖2是用于控制像素化探測器的多個(gè)像素化元件、尤其是像素陽極間的電荷分布(也稱為電荷云)的方法40的流程圖。具體地，在42處，將到達(dá)像素化探測器的陽極的電荷量控制為與陽極相互作用的函數(shù)。如本文詳細(xì)描述的，通過限定像素化元件的不同配置和布置(例如通過為像素化元件定形和留間隔)以及連接像素化元件以限定所探測的電荷的位置和陽極信號之間的關(guān)系來控制電荷共享。例如通過控制到達(dá)陽極的電荷量，例如通過如本文詳細(xì)描述的為陽極定形，提供了輻射相互作用事件、即電荷共享事件的定位和探測。
在操作中，來自源(例如患者體內(nèi)衰減的放射性核素或X射線管)的光子(例如發(fā)射伽馬射線和/或透射X射線)分別碰撞探測器的陰極。尤其是，如圖I所示，陰極38可以是單個(gè)陰極電極并且陽極34可以是成形的像素電極陣列。在操作期間施加在陽極34和陰極38之間的電壓差在襯底32中產(chǎn)生電場(探測器試場)。探測器試場可以是例如大約每厘米 一千伏到每厘米三千伏。當(dāng)光子入射到襯底32上(碰撞陰極38)時(shí)，通過電離作用在襯底32中光子通常會損失所有的光子能量并且在襯底32的小的局部區(qū)域中留下成對的流動電子和空穴。取決于光子能量，在與晶體相互作用前，光子通常會透入晶體中。應(yīng)當(dāng)注意到，能量越高，光子透入晶體更深的可能性越大。初始電離事件在晶體中產(chǎn)生快速移動的電子Ce-)并且留下正電離的“空穴”?？焖僖苿拥碾娮恿⒖膛c其它電子相互作用并且使晶體的更多部分離子化。因此，所產(chǎn)生的電子數(shù)量(等于空穴數(shù)量)以及電離區(qū)的尺寸隨光子能量而增加。作為探測器試場的結(jié)果，空穴(+)朝向陰極38漂移并且電子(e_)朝向陽極34漂移，據(jù)此在陰極38和陽極34上感應(yīng)電荷。在漂移期間，由于初始剩余速度、隨機(jī)熱運(yùn)動、相互靜電排斥以及與晶體中雜質(zhì)碰撞而導(dǎo)致電子(以及空穴)分散開。如本文詳細(xì)描述的，探測陽極34上的感應(yīng)電荷，并且還確定探測到光子的時(shí)間、沉積在襯底32中的被探測到的光子的能量有多少、襯底32中何處發(fā)生了光子相互作用。尤其是，如本文詳細(xì)描述的，為了便于探測伽馬和X射線光子以及識別所探測到的像素位置(以及其它電荷信息)，通過為陽極定形來控制到達(dá)陽極的電荷量。再次參考圖2的方法40，在44處，由如上所述的所探測到的光子產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生從多個(gè)陽極獲得的信號。所述信號與探測到能量(例如由兩個(gè)相鄰陽極共享的能量)的一個(gè)或多個(gè)陽極(或子像素化陽極)相對應(yīng)。在46處，使用這個(gè)信號信息估計(jì)相互作用的位置。根據(jù)位置、電荷分布和在具有在此被控制的電荷量的陽極處觀察到的信號之間的已知關(guān)系來確定位置估計(jì)。例如，如本文詳細(xì)描述的，電荷位置估計(jì)可基于來自共享所探測的電荷的兩個(gè)陽極的估計(jì)。另外，在48處，使用例如來自兩個(gè)陽極的所確定的估計(jì)，使用電荷分布的所估計(jì)的位置可以確定校正因子?？蛇B同圖I所示的像素化探測器、或者例如如圖3所示的子像素化探測器50來使用方法40，圖3所示的子像素化探測器50可被配置為子像素化半導(dǎo)體光子探測器并且在各種實(shí)施例中圖3所示的子像素化探測器50由CZT形成。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管子像素元件被顯示為以特定方式被定尺寸和定形(圖3中示為分開的正方形電極)，但是可以根據(jù)期望或需要來修改電極的尺寸、形狀和連接。此外，如下文詳細(xì)描述的，可以有差別地為像素定尺寸和定形，例如，可以提供鋸齒形或Z字形的像素化電極陣列。應(yīng)當(dāng)注意到，在各種實(shí)施例中，像素化探測器50由CZT或CdTe形成。像素化探測器50包括由半導(dǎo)體材料形成的晶體52。在某些實(shí)施例中(如所說明的)，晶體52的晶面54包括單個(gè)陰極電極56。晶體52的相反晶面58包括具有陽極像素62陣列的陽極60。陽極像素62可具有實(shí)質(zhì)上相同的尺寸并且被示為分開的正方形，即形成正方形形狀的像素62的三角形形狀的子像素63。陽極像素62和子像素62的尺寸可在例如O. 01毫米2和4毫米2之間變化。例如，在某些實(shí)施例中，像素62具有大約O. 1x0. I毫米或更小的尺寸。陽極像素62的數(shù)量還可大于或者小于所示的16個(gè)，例如可提供32個(gè)陽極像素62。還應(yīng)當(dāng)注意到，晶體52的厚度可在小于一毫米到幾厘米之間變化。在某些實(shí)施例中，使用幾個(gè)毫米的厚度以便實(shí)質(zhì)上吸收至少大部分碰撞光子。因此，厚度取決于將要探測的光子的能量。 在操作中，如本文詳細(xì)描述的，施加于陰極電極56和陽極60之間的電壓差在晶體52中產(chǎn)生電場。在本領(lǐng)域中使用的像素化探測器中，屬于相同事件的電子實(shí)質(zhì)上到達(dá)一個(gè)陽極。在許多這樣的探測器中，如果由事件產(chǎn)生的電子遍布到兩個(gè)或更多電極，則事件被拒絕或者被錯(cuò)誤記錄。因而，要將限制放置在這樣的探測器的分辨率上，因?yàn)橄袼爻叽绫仨毐入娮拥纳⒉即蠛芏?，否則由于部分地收集電荷導(dǎo)致的事件損失將會發(fā)生。在這些探測器中，通過陽極尺寸來確定空間分辨率，因?yàn)橥ㄟ^接收由該事件產(chǎn)生的全部或大多數(shù)電荷的電極來確定事件的位置。通過實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施例，提供在至少兩個(gè)以及可選地更多個(gè)電極間的電荷共享，并且基于由如本文所述的多個(gè)電極所探測到的電荷、通過算法來確定事件位置。在某些實(shí)施例中，電極的尺寸實(shí)質(zhì)上小于電子的散布。在其它實(shí)施例中，為電極定形使得由鄰近電極共享該電荷。在其他實(shí)施例中，有效分辨率比電子散布、電極尺寸或者兩者都好。在操作中，當(dāng)具有能量、典型地為在SPECT、x射線、CT或PET應(yīng)用中使用的光子的能量的光子入射到晶體52上時(shí)，光子通常會與晶體52相互作用，并且通過次級電離過程在晶體52的小的局部區(qū)域中產(chǎn)生成對的流動電子和空穴。如本文詳細(xì)描述的，作為所施加的電場的結(jié)果，空穴漂移到陰極56并且電子漂移到陽極60，據(jù)此在陽極像素62和陰極56上感應(yīng)電荷(還被稱為電荷云或電子云)。通過探測器底座64內(nèi)的并且其上安裝有像素化探測器50的適當(dāng)電子電路(例如特定用途集成電路(ASICs))來感測并且部分預(yù)處理陽極像素62上的感應(yīng)電荷。例如，可提供形成讀出放大器鏈的多個(gè)通道。探測器底座64包括連接構(gòu)件，例如用于安裝到母板(未示出)并且從ASICs向母板傳輸信號的連接銷66。如本文詳細(xì)描述的(例如使用行/列求和的方法)，使用來自陽極像素62上的感應(yīng)電荷的信號來確定電荷信息，包括探測到光子時(shí)的任何時(shí)間或所有時(shí)間、沉積在晶體中的所探測到的光子的能量有多少以及在晶體中何處發(fā)生了光子相互作用。然后如本領(lǐng)域已知的可使用這個(gè)信息重建圖像。圖4示出了包括被布置成形成5行4個(gè)探測器50的矩形陣列的多個(gè)、例如20個(gè)像素化探測器50的矩形伽馬照相機(jī)70。示出的像素化探測器50安裝在母板72上。應(yīng)當(dāng)注意到，可提供具有更大或更小的像素化探測器50陣列的伽馬照相機(jī)。還應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)光子與晶體52的材料相互作用時(shí)，通常根據(jù)探測器50的晶體52中產(chǎn)生的電子-空穴對的總數(shù)量的估計(jì)來確定通過像素化探測器50探測到的光子的能量。這個(gè)計(jì)數(shù)通常根據(jù)電離事件中產(chǎn)生的電子數(shù)量來確定，其使用各種實(shí)施例由探測器50的陽極60上收集的電荷來估計(jì)。如果通過探測器電極完全地收集了探測器50中探測到的光子所產(chǎn)生的所有電子和空穴，則探測器50的陽極60或陰極56上的感應(yīng)電荷為光子能量的正確度量。然而，每個(gè)像素的能量響應(yīng)，尤其是每個(gè)峰值的峰值位置可在能譜中移動并且影響用于重建圖像的所獲得的數(shù)據(jù)。使用各種實(shí)施例，利用如下文詳細(xì)描述的、通過像素的定形和連接來控制的、像素位置和陽極信號之間的已知關(guān)系可使移動最小化或?qū)σ苿舆M(jìn)行校正。對于在核醫(yī)學(xué)(NM)探測領(lǐng)域中使用的探測器來說，探測器可具有40x40x4毫米的晶體以及較大的、晶面包括2. 5x2. 5毫米的、16x16=256個(gè)陽極。因而，空間分辨率是2. 5毫米。將每個(gè)陽極連接到256個(gè)電子通道中之一。這個(gè)配置中的噪聲限制了由以下主要分量給出的能量分辨率通過晶體的2. 5x2. 5=6. 25毫米2的暗電流、電子-空穴產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)波動以及單通道的電子噪聲。如果例如電子云的散布是O. I毫米，則將被限制在一個(gè)并且唯 一一個(gè)電極的事件的概率是[(2. 5-0. I)2] / [ (2. 5)2] = O. 92。因而，大約百分之八的事件至少部分地在兩個(gè)或更多個(gè)電極(當(dāng)事件出現(xiàn)在像素的角處或附近時(shí)多達(dá)4個(gè))間共享。為將分辨率提高到O. 5毫米，可使用80x80=6，400個(gè)陽極的陣列，每個(gè)O. 5x0. 5毫米。在這種情況下，對于未共享事件的概率是(O. 4/0. 5) 2=0. 64。因而，探測的效率大大降低。另外，必須使用6，400個(gè)通道。通過(假定使用兩個(gè)鄰近像素)給出噪聲通過晶體的2*0. 5x0. 5=0. 5毫米2的暗電流、電子-空穴產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)波動以及兩倍的單通道的電子噪聲。然而，即使適度的O. 5毫米的分辨率(對于需要O. I毫米分辨率的乳房X射線照相術(shù)來說是不夠的)也需要6，400個(gè)通道，這可能很難連接、封裝、冷卻并且具有高成本。通過實(shí)施各種實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)，具有減少的通道數(shù)量的探測器包括多個(gè)可被劃分成兩個(gè)子像素63 (即兩個(gè)電極)的陽極像素62。參考圖5，對于40x40毫米的探測器，將每個(gè)2. 5x2. 5毫米的像素劃分成兩個(gè)電極行電極(每個(gè)像素62的右上方的子像素63)和列電極(每個(gè)像素62的右下方的子像素63)。在各種實(shí)施例中，將電極圖案化使得電子必須被行電極和列電極共享而不管事件的位置。可根據(jù)期望或需要改變子像素63的形狀。例如除了具有三角形形狀子像素的陽極像素62a之外，還可提供以下形狀具有同心圓形狀子像素的陽極像素62b、具有矩形形狀子像素的陽極像素62c、具有內(nèi)部正方形形狀和外部正方形邊界形狀子像素的陽極像素62d、具有半圓形狀子像素的陽極像素62e、具有交指形的(手指形的)子像素的陽極像素62f以及具有分割圓形狀子像素的陽極像素62b。另外，在某些實(shí)施例中，其中提供了共享電荷，陽極像素62h是正方形形狀，沒有子像素。應(yīng)當(dāng)注意到，相對于陽極像素62a-62g，陽極像素62f被用于各種實(shí)施例，除非像素尺寸小于O. I毫米(如下文詳細(xì)討論的)，其包括利用小于O. I毫米的特征圖案化電極。將每一行中的所有行電極連接到行線(圖5中示出的一條)。將每一行中的所有列電極連接到列線(圖5中示出的一條)。將每條列線和每條行線連接到電子通道。在所描述的圖5的實(shí)施例中，16x16像素的探測器只需要16+16=32個(gè)通道。位置被確定為其中探測到事件的、行通道和列通道的交叉點(diǎn)。通過(假定電荷被相同像素的兩個(gè)電極共享)給出噪聲如下通過晶體的40*40/32=50毫米2的暗電流、電子-空穴產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)波動以及兩倍的單通道的電子噪聲?？蓪⑾嗤渲脭U(kuò)展到更小的像素尺寸，例如O. 5x0. 5毫米像素。在這種情況下，存在有80行和80列，并且160個(gè)通道被使用。大約百分之四十的事件將落在兩個(gè)相鄰像素上，因此在這個(gè)實(shí)施例中，對4個(gè)通道(兩個(gè)相鄰的行和列)求和以產(chǎn)生總電荷。通過(4個(gè)通道)給出噪聲如下通過晶體的4*40*40/160=40毫米2的暗電流、電子-空穴產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)波動以及四倍的單通道的電子噪聲。通過(兩個(gè)通道)給出噪聲如下通過晶體的2*40*40/160=20毫米2的暗電流、電子-空穴產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)波動以及兩倍的單通道的電子噪聲。因此，可提供使用更小像素或者通過將每個(gè)通道連接 到行(列)中的僅僅部分的像素來增加通道數(shù)量的配置。例如如圖6所示，通過連接電極可使通道數(shù)量加倍。如果將像素尺寸減少到大約O. I毫米(400+400=800個(gè)通道)，則還可使用像素陽極62a、62c、62e、62f和 62g。如圖9所示，對于小于O. 1x0. I毫米的像素尺寸，在兩或三行以及兩或三列中要激活至少四個(gè)像素。應(yīng)當(dāng)注意到，假定了 O. I毫米直徑的圓形電子云。因?yàn)橐せ钪辽賰尚泻蛢闪?，可通過計(jì)算下列來提供子像素分辨率
X= (xl*sxl+x2*s2x...) / (sxl+sx2+sx2…),
其中xl (2，3，…)是第一(第二，…)列的X位置；以及sxl(2，3，…)是在第一(第二，…)列中測量的信號(“ O ”用于未被激活的通道)。還根據(jù)行信號對Y位置執(zhí)行相同的計(jì)算。應(yīng)當(dāng)注意到，可使用不同的算法，例如類似于在基于PMT探測器中使用的Anger算法和如本文詳細(xì)描述的用于提供相關(guān)信號增強(qiáng)(CSE)的行列算法。還應(yīng)當(dāng)注意到，采用這種通道數(shù)量隨像素尺寸減少而增加的方法(2*40/0. 1=800)，通道數(shù)量增加了。通道數(shù)量隨分辨率改進(jìn)的平方而增加。因?yàn)槊總€(gè)通道產(chǎn)生熱，可提供主動冷卻。通過像素間的不同連接布置，可減少通道數(shù)量。例如關(guān)于示出陽極像素100的連接的圖9和11，以及如本文可見，每個(gè)事件(例如電荷相互作用)在至少四個(gè)相鄰電極上產(chǎn)生信號。因此，如果激活四個(gè)通道的唯一組合，則可唯一地限定事件位置。N中的η項(xiàng)的唯一組合的數(shù)量由Ν!/(η!)2給出。對于O. I毫米的像素尺寸，位置的總數(shù)量為(40/0. I)2=160，000。比較起來，256個(gè)中的4個(gè)通道的唯一組的數(shù)量為210，165,935。應(yīng)當(dāng)注意到，像43個(gè)通道一樣少可能是足夠的了，因?yàn)檫@樣的通道允許超過160，000個(gè)組合。如圖11可見，可能需要多達(dá)9個(gè)通道來完全收集所有電荷。然而，如圖12所示，與電子電荷相比，太大的陽極可導(dǎo)致電荷僅在一個(gè)陽極上被收集。在這種情況下，不能使用通道的組合來確定位置。如果電荷在特定方向上(如圖13中)于一個(gè)陽極(像素100)上被收集，則沿軸的位置不能被內(nèi)插。然而，如圖14，通過使陽極錯(cuò)開，被事件激活的通道的最小數(shù)量是5至7，這減少了噪聲。使陽極錯(cuò)開允許“拉伸”配置(如圖15所示)、使用矩形陽極(而不是正方形)或其它形狀的陽極、具有高達(dá)1:2的長寬比、從而進(jìn)一步減少了通道數(shù)量(把通道數(shù)量減少到原來的1/2)。應(yīng)當(dāng)注意到，若干電極間的電荷分布與位置呈非線性，并且可導(dǎo)致降低“子像素內(nèi)插”的有效性和精度的誤差，并且提供了復(fù)雜的線性校正。可通過提供更小的像素來解決線性問題，但是將會導(dǎo)致不得不對許多通道求和，從而增加了電子噪聲的貢獻(xiàn)。作為備選，可以使用如圖7所示(以及如本文詳細(xì)描述的)的交織的電極配置來增加線性，同時(shí)允許增加陽極尺寸。通過使用圖16的交織的二極管配置，可提供陽極的進(jìn)一步拉伸，而不會失去沿拉伸的軸進(jìn)行內(nèi)插的能力(并且增加了沿那個(gè)軸的內(nèi)插線性)。在交織的陽極上收集的電荷與那個(gè)陽極上電荷“足跡”的重疊近似成比例。因?yàn)殡姾刹皇蔷鶆蛏⒉嫉?，這導(dǎo)致了偏離線性，可通過如本領(lǐng)域已知的線性校正變換進(jìn)行校正。在沿拉伸的軸上，通過信噪比來確定位置精度。因而，可提供1:10的拉伸同時(shí)保存有效分辨率。圖17示出了利用交織的陽極和“兩像素組合”來確定位置，具有5個(gè)通道的一維(ID)陣列如何允許跨越11個(gè)像素的長度，其中每個(gè)像素可長于電荷尺寸(例如3至10倍)，其中分辨率好于電荷足跡。另外，圖18示出了利用組合的和內(nèi)插的位置確定將所有這些方法組合成一個(gè)拉伸軸、交織的并交錯(cuò)的像素。因此，再次參考圖4至6，像素化探測器50可包括由陽極像素62和成形的子像素 63形成的多行和多列的子像素化元件。在說明的實(shí)施例中，像素化探測器50包括16行和列的陽極像素62，可利用4毫米厚的晶體將陽極像素62的大小制成例如大約O. 3毫米2/像素。因此，與像素化探測器50有關(guān)地使用256個(gè)通道。還可在陽極像素62周圍設(shè)置導(dǎo)向格柵90以便集中電荷共享，即陽極像素62和/或成形的子像素63之間的電荷云。如本文詳細(xì)描述的或者例如在美國專利5，504，334中描述的，接著可根據(jù)對來自行和列的輸出求和來確定位置信息。應(yīng)當(dāng)注意到，在各種實(shí)施例中，成形的子像素63的尺寸比電荷云更小(例如所預(yù)期的最小電子云)。另外，可為陽極像素62定形并且有差別地進(jìn)行布置。例如，如圖7所示，可提供多個(gè)拉伸的陽極像素74，限定了與相鄰的陽極像素74的鋸齒形或Z字形的重疊區(qū)域76(限定了交織的電極配置)。因此，交織的像素邊緣由相鄰的陽極像素74形成。在這個(gè)實(shí)施例中，陽極像素62被切塊或切割使得陽極像素74在一個(gè)維度上被拉伸，例如在X軸方向上。因此，陽極像素74在一個(gè)方向上被拉長或拉伸使得陽極像素74沿一個(gè)軸的長度比沿另一個(gè)軸的長度更長。利用任何適當(dāng)?shù)倪^程，在襯底中切割或蝕刻陽極像素74。在某些實(shí)施例中，利用激光切割、通過切割過程形成陽極像素74，以限定鋸齒形或Z字形圖案。可利用任何適當(dāng)?shù)姆椒▉韴?zhí)行激光切割，其可提供用于蝕刻襯底或?qū)⒁r底切塊，例如可使用用于光刻法、蝕刻半導(dǎo)體材料襯底或?qū)雽?dǎo)體材料襯底切塊的本領(lǐng)域的任何切割方法。使用各種實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)像素化探測器，提供像素配置使得電荷分布(例如本文描述的電荷云)在主要像素上以及一個(gè)或者多個(gè)相鄰像素上感應(yīng)信號(尤其是如果電荷相互作用是偏心的)。主要像素被確定為具有最高信號(例如最高集成電荷)的像素。根據(jù)各種實(shí)施例，包括電荷信息、來自具有最高電荷的像素的陽極的輸出信息(如上文詳細(xì)描述的)和來自一個(gè)或多個(gè)相鄰的或者鄰近的陽極(例如鄰近的8個(gè)陽極)中的、具有低信號強(qiáng)度的陽極的輸出信息被用來確定初始光子與陽極相互作用的位置。如本文詳細(xì)描述的，確定該位置。應(yīng)當(dāng)注意到,可選地,可使用例如線性圖、能量校正圖和敏感度圖的校準(zhǔn)圖進(jìn)一步校正圖像失真。如本文描述的，還可將深度信息用于能量校正，例如如果電荷云出現(xiàn)在行或列中的三個(gè)或更多像素上。因此，在某些實(shí)施例中，可實(shí)施方法80 (如圖8所示)以利用像素化探測器來確定電荷相互作用的位置。具體地，在82處，使用具有如本文描述的電荷控制配置的像素化探測器來利用像素化探測器獲得關(guān)于電荷相互作用的電荷信息。例如，可通過為其中的陽極像素或子像素定形來提供電荷控制。應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)各種實(shí)施例，減少暗電流，即在未探測到光子時(shí)于探測器中感應(yīng)的電流。例如，可由電流阻塞(例如肖特基型)觸點(diǎn)形成陰極以便限制探測器暗電流，并且可加熱探測器以便增加空穴電荷遷移率。另外，可使用更高的偏壓來更快地收集更多的電荷。此外，使用導(dǎo)向格柵90減小了陽極收集面積，因此也減小了暗電流。另外，根據(jù)各種實(shí)施例，可使用行和列求和來獲得電荷信息。例如，如本文詳細(xì)描述的，可將像素劃分成與子像素的每個(gè)部分相對應(yīng)的行部分和列部分，子像素被定形并被配置成提供兩個(gè)子像素部分之間的電荷共享。將每個(gè)像素部分結(jié)合到印刷電路板(PCB )，其中利用每行和列的一個(gè)讀出連接將行和列連接到可駐留在相同或分開的PCB上的前置放大器。每個(gè)通道包括閾值檢測和取樣保持電路。因此，當(dāng)在行和列通道都探測到超出閾值的事件時(shí)，接著將鄰近的行和列數(shù)字化用于進(jìn)一步的事件處理。
使用如圖9和10所示的連接布置可完成求和，圖9和10示出了具有為陽極像素100的多個(gè)像素的像素化探測器的一部分。例如，如圖9所示，當(dāng)陽極像素100被配置成如本文描述的提供電荷云共享時(shí)，可提供行和列求和。示出的棋盤圖案以及陽極像素100僅僅是為了說明。另外，盡管只示出了 6x6像素，但是更多的像素可被提供作為像素化探測器的部分。例如，對于具有O. 5毫米陽極像素間距的4厘米x4厘米模塊，提供80x80=6400個(gè)陽極像素和160個(gè)通道(80行+80列)。在這個(gè)實(shí)施例中，像素(用點(diǎn)說明)之間的電連接102可以是導(dǎo)電的或電容性的，并且可包括用于每個(gè)像素陽極100或只用于求和的行或列的前置放大器。在每行和列中分別地每隔一個(gè)像素陽極100之間提供連接102。應(yīng)當(dāng)注意到，如果每個(gè)像素陽極100包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，則連接行像素或列像素的線是用于數(shù)字而不是模擬求和的數(shù)據(jù)總線。還應(yīng)當(dāng)注意到，在某些實(shí)施例中(例如對于2n縮放比例)，為了從像素陽極100讀出信號到前置放大器，每條線的電容顯著小于前置放大器電容，其中隨CZT材料越厚電容減少。當(dāng)像素陽極100不必被配置成提供(例如確保)電荷云共享時(shí)，如圖10所示的連接布置可用于行和列求和，并且還可用于更小的陽極像素。像素陽極100 (用黑點(diǎn)說明)之間的電連接104可以是導(dǎo)電的或電容性的。在每行和列中的每個(gè)陽極像素100之間以及每行、列間提供連接104。另外，與每個(gè)像素陽極100有關(guān)地提供前置放大器以減少或避免行和列之間的串?dāng)_。應(yīng)當(dāng)注意到，如果每個(gè)像素陽極100包括ADC，則連接行像素或列像素的線是用于數(shù)字而不是模擬求和的數(shù)據(jù)總線。再次參考圖8的方法80，例如使用用于一個(gè)或者多個(gè)陽極像素的讀出的電荷信息，接著在84處識別共享電荷的陽極像素。其后，在86處確定共享像素處的能量。例如，對所有數(shù)字化的通道求和以便確定探測到的伽馬射線或X射線事件的能量。然后確定能量云的位置，例如在88處估計(jì)。尤其是，由于有意的電荷云共享，為每個(gè)事件呈現(xiàn)多個(gè)行通道和列通道之間的信號分布。如本文詳細(xì)描述的，由電荷質(zhì)心或重心(Anger型)計(jì)算來確定到子像素精度的位置。另外，可存儲探測器對掃描的筆形光束校準(zhǔn)的響應(yīng)，并且接著在使用期間確定最大似然位置。作為備選，對于單像素分辨率，可使用峰值行和列信號。其后，在90處可確定相互作用的深度(D0I)。例如，可使用陽極(電子)和陰極(空穴)信號之間的飛行時(shí)間差來確定DOI。在說明確定DOI的某些實(shí)施例中，空穴和電子的遷移率是不同的，相差超過一個(gè)數(shù)量級。根據(jù)各種實(shí)施例的其它DOI確定可使用陰極和陽極集成的電荷中的差異(由深度相關(guān)的空穴俘獲導(dǎo)致)或陰極信號上升時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意到，如圖20所示，還可將陰極像素化(不必以與陽極像素相同的尺寸)，這將提供冗余的位置信息并且降低了探測器的癱瘓能力，以及可提供更高的計(jì)數(shù)率，例如在X射線應(yīng)用中使用。另外，小的像素化陰極還將是僅對空穴敏感。如圖20所示，陰極38由多個(gè)觸點(diǎn)所形成的多個(gè)彼此隔開的陰極像素140形成。所說明的實(shí)施例在三維(3D)中測量事件，即添加DOI信息。使用這種配置，可通過測量信號142和信號144之間的時(shí)間延遲(At)或積分比率或求和的陰極像素140的上升時(shí)間來確定D0I。可使用例如進(jìn)入探測器的側(cè)面的筆形光束來校準(zhǔn)與時(shí)間差相對的D0I。應(yīng)當(dāng)注意到，存在有e_和h+載流子的不同遷移率μ。還應(yīng)當(dāng)注意到，可使用阻塞觸點(diǎn)和加熱來增加空穴遷移率。因此，使用各種實(shí)施例并且再次參考例如圖7，探測如示為電子云110的電荷云，并且電荷云例如在重疊區(qū)域76中碰撞一個(gè)陽極像素74和至少一個(gè)其它陽極像素。應(yīng)當(dāng)注意到，為了簡單說明起見，電子云110被示為圓形的。因此，使用各種實(shí)施例，例如通過增加 似然性或確保電子云110是在重疊區(qū)域76中碰撞至少兩個(gè)不同的陽極像素74來控制到達(dá)陽極的電荷量。例如，如圖16所示，配置可形成Anger伽馬照相機(jī)的部分的陽極像素74，使得通過至少兩個(gè)陽極像素74以及有時(shí)是三個(gè)或更多陽極像素74來探測每個(gè)電子云110。作為示例，電子云110的尺寸是I毫米，陽極像素74是大約O. 4毫米到I. O毫米。在其它實(shí)施例中，例如，如圖17所示，通過布置陽極像素74并且如上面陽極像素74的數(shù)字所說明的成對連接陽極像素74來進(jìn)一步減少輸出通道。正如所說明的，5個(gè)通道限定10對陽極像素74，其可被布置為探測器三元組，即三個(gè)一組。附加的通道可限定附加對，例如7個(gè)通道限定21對陽極像素74。如圖18所示，還可以在二維配置中實(shí)現(xiàn)具有重疊區(qū)域76的陽極像素74。如所示，在陣列的每隔一行120中使陽極像素74偏移或錯(cuò)開使得對于每隔一行120來說在X軸方向上重疊區(qū)域76處在不同的位置。在這個(gè)所示的實(shí)施例中，電子云110可在重疊區(qū)域76中碰撞兩個(gè)或更多陽極像素74。另外，鄰近的陽極像素74可體驗(yàn)到較小的電荷作用。在這個(gè)實(shí)施例中，將行120的寬度(W)的尺寸定為大約等于電子云110 (例如電子云110的預(yù)期尺寸)，同時(shí)在行102內(nèi)，可將陽極像素74拉伸為電子云110的尺寸的多倍，例如四倍大或更多。預(yù)計(jì)了變化和修改。例如，如圖19所示，在襯底32和陽極34之間設(shè)置示出為電阻式陽極130的電阻層，例如通過本領(lǐng)域的沉積過程在襯底32上形成電阻層。在這個(gè)實(shí)施例中，通過設(shè)置為電阻層的電阻式陽極130，在陽極34 (即觸點(diǎn))間散布電荷。在CZT應(yīng)用中，電阻式陽極130的電阻小于形成襯底32的CZT材料的電阻。作為另一個(gè)示例，以及如圖21所示，可提供探測器150，其被配置為具有在兩個(gè)襯底層154和156之間的共用陰極152的層疊探測器，據(jù)此形成兩層探測器。在所示的實(shí)施例中，多個(gè)像素化陽極158形成在襯底層154上以及多個(gè)像素化陽極160形成在襯底層156上。作為另一個(gè)示例，可提供如圖22所示的、具有限定陽極174和陰極176之間的二極管的多個(gè)襯底層172的多層交叉帶探測器170。可將多層交叉帶探測器170劃分成如圖所示的偶數(shù)平面和奇數(shù)平面。還預(yù)計(jì)了對具有像素化探測器的系統(tǒng)的變化和修改。例如在X射線透射應(yīng)用中，可減少輻射源的功率以增加電荷云的尺寸。因此，可使用具有較大輪廓尺寸的像素。因此，各種實(shí)施例提供了像素化探測器，使得通過像素化探測器的至少兩個(gè)像素陽極來探測電荷云。因此，提供了像素化探測器的配置，其中存在有電荷云的位置和相應(yīng)的陽極信號之間的關(guān)系。在各種實(shí)施例中，可為探測器像素定形、定尺寸、劃分和/或定位以允許至少兩個(gè)像素探測電荷云?？商峁└郊拥脑苑奖闾綔y，例如線性電阻板?？商峁└鞣N實(shí)施例的像素化探測器作為不同類型的成像系統(tǒng)的部分，例如匪成像系統(tǒng)，其中如正電子發(fā)射斷層掃描(PET)成像系統(tǒng)、SPECT成像系統(tǒng)和/或X射線成像系統(tǒng)以及CT成像系統(tǒng)。例如，圖23是根據(jù)各種實(shí)施例構(gòu)建的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)210的示范性的 實(shí)施例的透視圖，在這個(gè)實(shí)施例中它是SPECT成像系統(tǒng)。系統(tǒng)210包括集成的托臺212，托臺212進(jìn)一步包括圍繞托臺中心孔232定向的轉(zhuǎn)動體214。轉(zhuǎn)動體214被配置成支撐一個(gè)或多個(gè)匪像素化照相機(jī)218 (示出了兩個(gè)照相機(jī)218)，例如但不限于伽馬照相機(jī)、SPECT探測器、多層像素化照相機(jī)(例如Compton照相機(jī))和/或PET探測器。應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)210包括CT照相機(jī)或X射線照相機(jī)時(shí)，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)210還包括X射線管(未示出)用于朝向探測器發(fā)射X射線輻射。在各種實(shí)施例中，照相機(jī)218由如本文詳細(xì)描述的像素化探測器形成。轉(zhuǎn)動體214進(jìn)一步被配置成圍繞檢查軸219軸向地旋轉(zhuǎn)?；颊吲_220可包括滑動地耦合到床支撐系統(tǒng)224的床222，床支撐系統(tǒng)224可直接耦合到地板或者可通過耦合到托臺212的底座226耦合到托臺212。床222可包括滑動地耦合到床222的上表面230的擔(dān)架床228?；颊吲_220被配置成方便患者(未示出)進(jìn)出實(shí)質(zhì)上與檢查軸219排成一條直線的檢查位置。在成像掃描期間，可控制患者臺220以便移動床222和/或擔(dān)架床228軸向地進(jìn)出孔232。可以本領(lǐng)域已知的任何方式來執(zhí)行成像系統(tǒng)210的操作和控制。應(yīng)當(dāng)注意到，可與包括旋轉(zhuǎn)托臺或固定托臺的成像系統(tǒng)有關(guān)地實(shí)現(xiàn)各種實(shí)施例。圖24是說明具有安裝在托臺上、根據(jù)各種實(shí)施例所配置的多個(gè)像素化成像探測器的成像系統(tǒng)250的框圖。應(yīng)當(dāng)注意到，成像系統(tǒng)還可以是多模態(tài)成像系統(tǒng)，例如NM/CT成像系統(tǒng)。被示為SPECT成像系統(tǒng)的成像系統(tǒng)250通常包括安裝在托臺256上的多個(gè)像素化成像探測器252和254 (示出了兩個(gè))。應(yīng)當(dāng)注意到，可提供附加的成像探測器。成像探測器252和254相對于托臺256的孔260中的患者258被定位于多個(gè)位置處(例如以L-模式配置)?；颊?58被支撐在患者臺262上，使得可以采集專門針對患者258體內(nèi)所關(guān)注結(jié)構(gòu)(例如心臟)的輻射或成像數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管成像探測器252和254被配置用于沿著(或者圍繞)托臺256的可移動操作，但是在某些成像系統(tǒng)中，成像探測器被固定連接到托臺256并且在固定位置上，例如在PET成像系統(tǒng)中(例如成像探測器的環(huán))。還應(yīng)當(dāng)注意到，成像探測器252和254可由如本文描述的不同材料形成并且以本領(lǐng)域已知的不同配置來提供?？稍谝粋€(gè)或多個(gè)成像探測器252和254的輻射探測面(未示出)前面設(shè)置一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直器。成像探測器252和254獲得可由像素的X和I位置以及成像探測器252和254的位置定義的2D圖像。使輻射探測面(未示出)朝向例如可以是人類患者或者動物的患者258。應(yīng)當(dāng)注意到，可以不同的形狀配置托臺256，例如像“C”、“H”或“L”。控制單元264可控制患者臺262相對于成像探測器252和254的移動和定位以及成像探測器252和254相對于患者258的移動和定位，以便在成像探測器252和254的視場(FOV)內(nèi)定位患者258的所期望的解剖，這可在獲得所關(guān)注的解剖的圖像之前執(zhí)行。控制單元264可具有各自可由處理單元268自動命令、由操作者手動控制或其組合的臺控制器264和托臺電動機(jī)控制器266。臺控制器264可移動患者臺258以便相對于成像探測器252和254的FOV定位患者258。另外，或者可選地，在托臺電動機(jī)控制器266的控制下，可使成像探測器252和254相對于患者258移動、定位或定向或者圍繞患者258旋轉(zhuǎn)。成像數(shù)據(jù)可以被組合并且重建成可包括2D圖像、3D體積或隨時(shí)間的3D體積(4D)的圖像。如本文詳細(xì)描述的，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)270接收由成像探測器252和254產(chǎn)生的模擬和/或數(shù)字電信號數(shù)據(jù)，并且解碼數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理。圖像重建處理器272接收來自DAS 270的數(shù)據(jù)，并且使用本領(lǐng)域已知的任何重建過程重建圖像。可提供數(shù)據(jù)存儲裝置274來存儲來自DAS 270的數(shù)據(jù)或重建的圖像數(shù)據(jù)。還可提供輸入裝置276來接收用戶輸入以及可提供顯示器278來顯示重建的圖像。此外，如本文詳細(xì)描述的，可提供電荷位置確定模塊280來確定由光子(例如發(fā)射伽馬光子或透射X射線光子)產(chǎn)生的電荷或電荷云的位置。電荷位置確定模塊280可在軟件、硬件或其組合中實(shí)現(xiàn)。各種實(shí)施例和/或部件，例如模塊或其中的部件和控制器，還可實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器的部分。計(jì)算機(jī)或處理器可包括計(jì)算裝置、輸入裝置、顯示單元以及例如用于訪問互聯(lián)網(wǎng)的接口。計(jì)算機(jī)或處理器可包括微處理器。微處理器可連接到通信總線。計(jì)算機(jī)或處理器還可包括存儲器。存儲器可包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)0計(jì)算機(jī)或處理器還可包括存儲裝置，存儲裝置可以是硬盤驅(qū)動器或可移動存儲裝置，例如軟磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等等。存儲裝置還可以是用于將計(jì)算機(jī)程序或其它指令加載到計(jì)算機(jī)或處理器中的其他類似裝置。如本文中所使用的，術(shù)語“計(jì)算機(jī)”或“模塊”可包括包含使用微控制器、簡化指令集計(jì)算機(jī)(RISC)、ASICs、邏輯電路以及能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或處理器的系統(tǒng)的任何基于處理器或基于微處理器的系統(tǒng)。以上示例僅僅是示范性的，因此不打算以任何方式限制術(shù)語“計(jì)算機(jī)”的定義和/或含義。計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行存儲在一個(gè)或多個(gè)存儲元件中的指令集，以便處理輸入數(shù)據(jù)。存儲元件還可存儲數(shù)據(jù)或者根據(jù)期望或需要的其它信息。存儲元件可以是信息源或處理機(jī)內(nèi)的物理存儲元件的形式。指令集可包括指示作為處理機(jī)的計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行例如各種實(shí)施例的方法和過程的特定操作的各種命令。指令集可以是軟件程序的形式。軟件可以是各種形式，例如系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件。此外，軟件可以是獨(dú)立程序或模塊的集合、更大程序內(nèi)的程序模塊或者程序模塊的一部分的形式。軟件還可包括面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的形式的模塊化程序設(shè)計(jì)。通過處理機(jī)的輸入數(shù)據(jù)的處理可以響應(yīng)操作者命令或者響應(yīng)先前處理的結(jié)果或者響應(yīng)另一個(gè)處理機(jī)做出的請求。
如本文中所使用的，術(shù)語“軟件”和“固件”是可互換的，包括存儲在存儲器中用于由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序，存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器以及非易失RAM(NVRAM)存儲器。以上存儲器類型僅僅是示范性的，因此關(guān)于用于存儲計(jì)算機(jī)程序的存儲器類型是不限制的。將會理解，以上描述旨在說明性的，而不是限制性的。例如可將上述實(shí)施例(和/或其中的方面)互相結(jié)合使用。另外，可進(jìn)行許多修改以使特定的情形或材料適合于各種實(shí)施例的教導(dǎo)而不會背離它們的范圍。雖然本文描述的材料的輪廓尺寸和類型是用來限定各種實(shí)施例的參數(shù)的，但是實(shí)施例決不是限制性的而是示范性的實(shí)施例。當(dāng)瀏覽上述描述時(shí)，許多其它的實(shí)施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)參考所附的權(quán)利要求書、連同這樣的權(quán)利要求所賦予權(quán)利的等同物的全部范圍來確定各種實(shí)施例的范圍。在所附的權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括(including)”和“其中(in which)”作為相應(yīng)術(shù)語“包括(comprising) ”和“其中(wherein)”的簡單英語等同物來使用。此外，在后面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“第一(first)”、“第二( second)”和“第三(third)”等僅僅用作標(biāo)記，不打算將數(shù)字要求強(qiáng)加在它們的對象上。此外，后面的權(quán)利要求書的限定未寫成裝置加功能格式，也不打算基于35 U.S.C. § 112第六段進(jìn)行解釋，除非并且直到這樣的權(quán)利要求限定明顯地使用了短語“(means for)部件，用于……”后面跟有功能語句而缺少進(jìn)一步結(jié)構(gòu)。 本書面描述使用示例公開了包括最佳實(shí)施方式的各種實(shí)施例，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤└鞣N實(shí)施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。各種實(shí)施例的可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書來限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求書的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果這樣的其它示例包括與權(quán)利要求書的字面語言并無實(shí)質(zhì)性差異的等同的結(jié)構(gòu)要素，則這樣的其它示例被確定為在權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制像素化固態(tài)光子探測器的電荷分布的方法，所述方法包括 在配置中為像素化固態(tài)光子探測器提供多個(gè)像素使得通過至少兩個(gè)像素來探測電荷分布； 從所述至少兩個(gè)像素獲得電荷信息；以及 基于所獲得的電荷信息來確定所述電荷分布與所述多個(gè)像素相互作用的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中由電子電荷云來限定電荷分布，并且所述方法還包括配置所述多個(gè)像素以便具有比所述電子電荷云更小的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中確定位置包括使用質(zhì)心計(jì)算來確定所述位置，其中所述質(zhì)心計(jì)算使用來自主要像素以及至少一個(gè)相鄰像素的電荷信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述多個(gè)像素劃分成行和列并且所述方法還包括使用行和列求和來獲得所述電荷信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括通過對與所述多個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的多個(gè)通道的能量輸出求和來確定所探測的光子的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中提供多個(gè)像素包括提供多個(gè)陽極像素和多個(gè)陰極像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括基于所述像素化固態(tài)光子探測器的陽極和陰極信號之間的飛行時(shí)間差、使用時(shí)間來確定相互作用的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括基于所確定的位置為所述多個(gè)像素確定校正因子。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括將所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素配置成子像素。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括使所述多個(gè)像素相互連接使得像素陣列的多個(gè)行和列中的每一個(gè)中的交替像素被連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括以相鄰像素之間具有重疊區(qū)域的拉伸配置來配置所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述重疊區(qū)域包括鋸齒形配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括為所述多個(gè)像素定形和定位使得通過所述至少兩個(gè)像素來探測所述電荷分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括提供鄰近所述多個(gè)像素的電阻層。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括提供被配置成集中所述電荷分布的電荷共享的導(dǎo)向格柵。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括提供具有多個(gè)像素化陽極的兩層像素化固態(tài)光子探測器。
17.一種像素化固態(tài)光子探測器，包括 半導(dǎo)體襯底； 所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上的多個(gè)陽極像素，所述陽極像素中的每一個(gè)在至少一個(gè)方向上具有拉伸長度；以及 與所述多個(gè)陽極像素相反的所述半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)表面上的陰極。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的像素化固態(tài)光子探測器，還包括多行拉伸的陽極像素。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的像素化固態(tài)光子探測器，還包括拉伸的陽極像素之間的重疊區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中所述重疊區(qū)域包括鋸齒形配置。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中拉伸的陽極像素被成對連接。
22.—種像素化固態(tài)光子探測器，包括 半導(dǎo)體襯底； 所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面上的多個(gè)陽極像素，所述陽極像素中的每一個(gè)被劃分成多個(gè)子像素；以及 與所述多個(gè)陽極像素相反的所述半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)表面上的陰極。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中所述陰極包括像素化陰極。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中所述子像素中的每一個(gè)形成通常的正方形形狀的陽極像素。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，還包括被共用陰極分開的多個(gè)襯底層。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中將所述陽極像素中的每一個(gè)劃分成兩個(gè)子像素。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，還包括圍繞所述多個(gè)像素的導(dǎo)向格柵。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的像素化固態(tài)光子探測器，其中所述多個(gè)像素包括在多個(gè)行和列中相互連接的陽極像素。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在像素化圖像探測器中提供共享電荷的系統(tǒng)和方法。一種方法包括在配置中為像素化固態(tài)光子探測器提供多個(gè)像素使得通過至少兩個(gè)像素來探測電荷分布并且從至少兩個(gè)像素獲得電荷信息。所述方法還包括基于所獲得的電荷信息來確定電荷分布與多個(gè)像素相互作用的位置。
文檔編號G01T1/29GK102782524SQ201080064934
公開日2012年11月14日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者I.布勒維斯, J.W.休格, J-P.布尼克, Y.赫菲茨 申請人:通用電氣公司