用于探测电离辐射的探测器和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于探测电离辐射的探测器(22’)，包括：直接转换半导体层(36)，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及对应于像素的多个电极(34)，所述多个电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的信号；其中，所述多个电极(34)中的一电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子。本发明专利技术还涉及一种探测方法和一种成像设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于探测电离辐射的探测器和方法
本专利技术涉及用于探测电离辐射的探测器和对应的探测方法，以及成像设备。
技术介绍
在医疗诊断应用中，基于电离辐射探测的患者图像生成是一个重要问题。在这种情形中，存在各种成像方法和系统，诸如计算机断层摄影术(CT)、正电子发射断层摄影术(PET)以及单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)。这些成像系统使用探测器，该探测器能够基于所探测到的辐射生成图像。作为闪烁体探测器的替代方式，另一选择是使用包括半导体材料的探测器(也称作光子计数探测器，如从WO2014/087290A1可知的)。此类半导体传感器，像作为用于CT的可能候选的用于光子计数直接转换探测器的碲化镉或CZT，与它们的基于电流积分的非光谱闪烁体的对应物相反，是非结构化的。然而，这可能导致相邻探测器像素之间的串扰易感性增加。这种效应通常被称为电荷共享。电荷共享在成像性能上具有两个主要的降级影响：首先，电荷共享是随机的，这是因为它取决于x射线的交互位置。这导致由原始光子携带的能量信息完全损失。其次，电荷共享将信号从一个像素传送至相邻像素，因此也将影响探测系统的调制传递功能。出于上面两个原因，电荷共享的抑制和/或校正对于半导体x射线探测器来说是非常期望的。在Ballabriga等人的“以单光子计数模式工作的具有改进光谱性能的64k像素探测器读出芯片”(A64kpixeldetectorreadoutchipworkinginsinglephotoncountingmodewithimprovedspectrometricperformance,Nucl.Instr.andMeth.A,2010)中给出了一种以单光子计数模式工作的具有新的像素间结构的256x256通道混合像素探测器读出芯片。该芯片目的在于通过减轻各通道之间的电荷共享效应而改进像素探测器中的能量分辨率。对芯片上全部2x2像素簇中的电荷求和，并且在逐事件的基础上以最大总电荷将给定撞击在本地分配至像素加法电路。每个像素也包含具有可编程深度和溢出控制的两个12-位二进制计数器。该芯片可构造成使得每个探测器像素的尺寸匹配一个读出像素的尺寸或探测器像素在面积上比读出像素大四倍。在后者情形中，在较大像素之间逐事件求和仍是可能的。每个像素具有约1600个晶体管以及模拟静态功耗在电荷求和模式中低于15μW且在单像素模式中为9μW。该芯片已经以8-金属0.13μm的CMOS技术制造。在US2011/0155918Al中，公开了用于在像素图像探测器中提供共享电荷的系统和方法。一种方法包括以使得通过至少两个像素探测到电荷分布的构造提供用于像素化固态光子探测器的多个像素，并从该至少两个像素获得电荷信息。该方法还包括基于所获得的电荷信息确定电荷分布与多个像素的交互位置。在WO2004/021698Al中，公开了一种用于将电磁辐射转换为电信号的探测器布置结构。该探测器布置结构包括敏感区，其中每个敏感区对应相应的电信号，且至少两个敏感区以使得单独的啮合敏感区的非重叠包层也彼此啮合的方式彼此啮合。在Cunningham等人的“具有用于来自单个晶片侧面的二维位置信息的交叉指形像素的宇宙射线探测器(Cosmic-raydetectorwithinterdigitated-fingerpixelsfortwo-dimensionalpositioninformationfromasinglewaferside,1993)”中，公开了一种用于高能核子的同位素和能量探测的宇宙射线探测器类型。这简化了所需的读出电子装置。然而，仍需要改进光子计数探测器，就它们对电荷共享效应的易感性而言。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的探测器、探测方法以及包括所述探测器的具有增加的精度和改进的图像质量的成像设备。在本专利技术的第一方面，给出了一种用于探测电离辐射的探测器。所述探测器包括：直接转换半导体层，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及对应于像素的多个电极，所述多个电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的信号；其中，所述多个电极的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子；所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织；以及所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿着所述纵向方向布置。在另一方面，给出了一种成像设备，所述成像设备包括：辐射源，所述辐射源用于发射电离辐射穿过成像区域；如上所述的探测器，所述探测器用于探测来自所述成像区域的电离辐射；门架，所述门架用于支撑所述探测器以使所述探测器绕所述成像区域旋转；以及控制器，所述控制器用于控制所述探测器以在绕所述成像区域旋转期间探测多个投射位置处的电离辐射。在又一方面，给出了一种探测方法，所述探测方法包括如下步骤：从对应于像素的多个电极中的中心电极接收中心信号，所述多个电极用于记录由直接转换半导体层响应于入射电离辐射而生成的载荷子，所述中心信号对应于所记录的载荷子，所述多个电极的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子，所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织，所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿着所述纵向方向布置；从所述至少两个相邻电极接收至少两个另外的信号；以及基于所述中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的所述两个另外的信号确定所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。在本专利技术的又一方面中，提供了一种计算机程序，包括程序代码工具，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码工具致使所述计算机执行本文中公开的方法的步骤；并且提供了一种非瞬态计算机可读记录介质，所述介质存储计算机程序产品，所述计算机程序产品在由处理器运行时，致使本文中公开的方法得到执行。在从属权利要求中限定了本专利技术的优选实施方式。应理解的是，要求保护的方法、计算机程序、介质具有与要求保护的探测器以及与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施方式。本专利技术基于这样的构思，即，在光子计数直接转换探测器中的交错的电极结构能够帮助更好地应对电荷共享。在直接转换半导体层中，入射电离辐射、即入射高能量粒子(诸如X射线光子)，导致生成载荷子。这在本文中也可称为辐射事件。然后，这些载荷子通过电极来记录。通常，阳极记录电子。这些阳极对应于待生成的图像中的像素。多个电极记录入射辐射的位置、能量和强度，并因此能够生成对应的图像。每个辐射事件通常导致生成多个载荷子(它们是同时生成的)。通常，一个单独电极将记录响应于一个辐射事件生成的载荷子。然而，根据这种生成(或转换)的位置，可以用不同的电极记录一个辐射事件的载荷子。在由多个相邻电极记录载荷子时(电荷共享)，这可能导致入射辐射的定位不精确及其能量读数的不精确。本专利技术能够应对这一问题。根据本专利技术，电极被构造成每个电极与至少两个相邻电极二维地交织的形式。因此，每个电极与至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测电离辐射的探测器(22’)，包括：直接转换半导体层(36)，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及对应于像素的多个电极(34)，所述电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的信号；其中，所述多个电极(34)的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子；所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织；以及所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿所述纵向方向布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 EP 14198540.81.一种用于探测电离辐射的探测器(22’)，包括：直接转换半导体层(36)，所述直接转换半导体层用于响应于入射电离辐射来生成载荷子；以及对应于像素的多个电极(34)，所述电极用于记录所述载荷子且生成对应于所记录的载荷子的信号；其中，所述多个电极(34)的中心电极被构造成与至少两个相邻电极二维地交织，以通过所述中心电极并通过至少一个相邻电极来记录所述载荷子；所述中心电极被构造成形成具有梳齿的梳状件，以与形成具有梳齿的相应梳状件的至少两个相邻电极的梳齿交织；以及所述中心电极的梳齿与所述至少两个相邻电极的梳齿在纵向方向上交错，所述中心电极和所述两个相邻电极沿所述纵向方向布置。2.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中，所述探测器进一步包括：读出电子装置(44)，所述读出电子装置用于基于由所述中心电极生成的中心信号和由所述至少两个相邻电极生成的至少两个另外的信号确定所述入射电离辐射的位置信息和/或所述入射电离辐射的能量信息。3.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中：所述梳齿具有矩形形式；第一相邻电极与第二相邻电极通过所述中心电极的一个梳齿间隔开；和/或所述梳齿在所述纵向方向上具有相同的宽度。4.根据权利要求1所述的探测器(22’)，其中：所述多个电极(34)被沿着基本垂直于所述入射电离辐射的方向的直线布置；以及所述中心电极被构造成在一侧与第一相邻电极交织且在另一侧与第二相邻电极交织。5.根据权利要求4所述的探测器(22’)，其中，所述中心电极的第一半体与第一相邻电极的一半交织，且所述电极的第二半体与第二相邻电极的一半交织。6.根据权利要求2所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)被构造成将所述中心信号的信号水平与所述至少两个另外的信号的信号水平比较，且在所述中心信号的信号水平高于所述至少两个另外的信号的信号水平时，确定所述入射电离辐射的与所述中心电极的位置对应的位置。7.根据权利要求6所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)被构造成在所述中心电极的位置被确定为对应于所述入射电离辐射的位置时，使对应于所述中心电极的计数器(58)增加计数。8.根据权利要求6所述的探测器(22’)，其中，所述读出电子装置(44)包括比较器，所述比较器用于将所述中心信...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·勒斯尔，C·赫尔曼，R·斯特德曼布克，K·J·恩格尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL