具体实施方式

利用碲锌镉(CZT)直接转换辐射探测器实现快速定时分辨率的尝试取得了有限的成功，其中，通常测量到的定时分辨率为2000皮秒或更低。这种粗糙的定时分辨率甚至是常规PET成像的边界线，并且不足以进行TOF PET成像。要了解这一点，考虑到2000皮秒的定时分辨率对应于60厘米的空间定位，这相当于或大于用于执行全身成像而设计尺寸的医学成像扫描器的膛径。相比之下，一些最先进的TOF PET扫描器使用基于闪烁体的辐射探测器而展现出200-300皮秒的定时分辨率，这对应于6-9厘米的飞行定位时间。在实际应用中，TOFPET图像质量和剂量效率随着定时分辨率的提高而迅速提高(近似以平方的方式)，这是因为在重建中减小了源位置的不确定性。50皮秒或更小的定时分辨率会产生沿着1.5cm或更小的LOR的飞行时间空间定位，并且将使当前TOF PET横向空间分辨率再前进几毫米。在这个方案下，每个测量的符合对指示从辐射发射源开始的三维中的空间位置，并且可以通过事件的累积来实现图像重建而不进行迭代投影和/或误差反投影。

如本文所公开的，利用某些设计改进，CZT能够有望实现200皮秒或更低的定时分辨率，并且其定时分辨率可能低至50皮秒或更低。这些改进包括以下各项的协同组合：采用令人喜欢的CZT晶体几何结构，和/或采用阴极定时提取与像素化阳极的组合以用于获得高空间分辨率，和/或使用(一个或多个)阻挡电极。与现有的设计相比，这些改进的组合使得能够提高偏置电压，降低暗电流并且使探测响应时间更快。

参考图1，图解性地示出了飞行时间正电子发射断层摄影(TOF PET)扫描器10。虽然TOF PET扫描器10被示为独立单元，但是备选地也预想到TOF PET扫描器被包括在混合式成像扫描器中，例如，混合式计算机断层摄影(CT)/TOF PET扫描器，其还包括CT机架(未示出)。TOF PET扫描器10包括TOF PET扫描器壳体12，TOF PET扫描器壳体12具有中心膛14，患者或其他成像对象例如通过患者卧榻或其他患者支撑物16(其可以任选地是机器人)被装载在中心膛14内。一个或多个PET探测器环18(在图1中以虚线圆圈图解性指示)被设置在壳体12内部并且包括直接转换半导体晶体20(其中的三个作为示例在图1中被图解性地指示)。如图1中的进一步图解性地指示的，一个或多个PET探测器环18还包括感测电路22和定时电路24。感测电路22被操作性连接以探测由经电偏置的直接转换半导体晶体20响应于由直接转换半导体晶体20对511keV的伽马射线的吸收而生成的电脉冲。定时电路24被操作性连接以生成与电脉冲的探测相对应的触发信号。通过使用如本文所公开的用于直接转换半导体晶体20的设计，定时电路24生成具有500皮秒或更低的抖动的触发信号，并且更优选地生成具有200皮秒或更低的抖动的触发信号，并且甚至更优选地生成具有50皮秒或更低的抖动的触发信号。触发信号通常是具有在与由感测电路生成的电脉冲相对应的时间发生的特征(例如，上升沿、下降沿等)的瞬态信号。后端模拟或数字电路26处理由感测电路生成的电脉冲以生成表示由感测电路22探测到的伽马射线的能量和位置的数字值，并且处理由模拟或数字定时电路24生成的对应触发信号以生成针对探测到的伽马射线的数字时间戳值。通过非限制性说明性示例的方式，后端电路26能够通过对由感测电路22生成的电脉冲的积分信号或积分能量求和并在求和之前或之后执行模数(A/D)转换来生成能量值。它还能够对多个像素求和以得到在许多像素上的扩散的伽马的完整能量并找到重心或最大信号的中心或某种其他特征以找到探测器中的伽马相互作用的位置。在非限制性说明性示例中，能够由后端电路26通过使用由定时电路24生成的触发信号来生成时间戳以触发读取时钟28(其是数字时钟或模拟时钟，在后一种情况下触发读出物被A/D转换)。

由于信号延迟的影响，光子计数电路22、24、26、28中的一些或全部通常被实施为板载模拟和/或数字电路，也就是说，被设置在印刷电路板(PCB)或专用集成电路(ASIC)上的电路，该PCT或ASIC形成(一个或多个)PET探测器环的探测器模块的背板，在该背板上安装有直接转换半导体晶体20的组。需要强调的是，说明性后端26是非限制性示例，并且可以预想到其他方法，例如，从没有A/D转换(在这样的实施例中稍后执行A/D转换)的TOF PET扫描器10移出来自感测电路22的模拟电脉冲。更一般地，将意识到，后端电路26和时钟28能够被实施为现有的市售的具有常规的基于闪烁体的TOF PET探测器的TOF PET扫描器的后端电路，该后端电路得到调整以处理由感测电路22和定时电路24生成的特定的电脉冲和触发信号。

继续参考图1，后端26的输出包括经时间戳记的伽马射线探测事件，其通过合适的电缆布线(也预想到无线传输)被移出TOF PET扫描器10并在电子处理器30(例如，说明性服务器计算机32和/或专用TOF PET扫描器计算机、计算机集群、云计算资源和/或具有足够计算能力的其他计算系统)处被接收并被存储在由电子处理器包括或访问的非瞬态数据存储装置34处。电子处理器30(例如通过在非瞬态数据存储装置34上存储的指令和/或其他非瞬态数据存储装置，其中，通过非限制性示例的方式，这样的非瞬态数据存储装置包括硬盘或其他磁性存储介质和/或光盘或其他光学存储介质和/或闪速存储器、固态驱动器或其他电子存储介质等)被编程为处理TOF PET数据以生成TOF PET图像。为此，电子处理器30被编程为执行符合探测处理36(包括能量、位置和时间过滤以及飞行定位时间)以生成具有飞行时间定位的符合事件。每个这样的符合事件由两条探测到的伽马射线来定义，每条探测到的伽马射线具有(如由所应用的能量窗口滤波器所定义的)大约511keV的能量并且具有在所应用的符合时间窗口内符合的时间戳。两个符合的511keV的伽马射线探测结果定义了连接探测到511keV的伽马射线的两个探测器(例如，探测到511keV的伽马射线的两个直接转换半导体晶体20，或者在更加空间解析的实施例中为这些直接转换半导体晶体20的阳极像素，该阳极像素生成由感测电路22探测到的电脉冲)的响应线(LOR)。对于每个如此定义的符合事件，处理两条511keV的伽马射线的时间戳之间的时间差以确定沿着LOR的飞行时间定位。

继续参考图1，处理由符合探测处理36输出的符合事件以形成TOF PET图像。在常规的方法中，电子处理器30被编程为执行采用误差(反)投影的迭代图像重建38。备选地，电子处理器30可以被编程为执行常规的滤波反投影图像重建算法。结果得到的图像被存储在非瞬态存储介质40中并且/或者被显示在显示器42(例如，计算机的LCD、等离子体、CRT或其他显示器)上并且/或者以其他方式被利用。

在变型实施例中，如果飞行时间定位具有足够的空间分辨率(例如，如果定时分辨率为50皮秒或更低(或者在一些比较宽松的实施例中为大约50皮秒或更低)提供大约1.5厘米或更低的飞行时间定位)，则常规的图像重建38能够由备选实施方式来代替，在备选实施方式中，电子处理器30被编程为通过求和操作44来生成TOF PET图像，在求和操作44中，累积TOF PET符合事件而不执行迭代图像重建且不执行反投影。例如，每个TOF PET符合事件能够被表示为以沿着连接符合对的两个事件的响应线(LOR)的TOF定位为中心的单位强度值，并且这些单位强度值能够在所有TOF PET符合事件上累积以生成TOF PET图像，该TOFPET图像可以任选地被进一步处理，例如通过归一化总积分强度，应用与TOF定位分辨率相当的维度的空间平滑滤波器(例如，1.5cm滤波器内核)等来进行进一步处理。结果得到的图像能够再次被存储在存储装置40中，被显示在显示器42上，并且/或者以其他方式被利用。

现在参考图2和图3，示出了直接转换半导体晶体的一些说明性实施例。图2图示了第一实施例，其中，直接转换半导体晶体20a具有立方体几何结构，或者更一般地，具有低纵横比长方体几何结构。图3图示了第二实施例，其中，直接转换半导体晶体20具有高纵横比长方体几何结构(也就是说，与图2的实施例相比具有高纵横比)。长方体是六边多面体，其中，六个面中的每个面都是矩形。还要注意，图2示出了单个直接转换半导体晶体20a，但是如前所述，(一个或多个)PET探测器环18包括这样的晶体的阵列，其通常被组织成探测器模块(未示出)，每个探测器模块容纳单个直接转换半导体晶体20a的N×M阵列，并且(一个或多个)环18依次被构造成这样的模块的环形组件。图3示出了三个直接转换半导体晶体20，当被安装在探测器模块中时，这三个直接转换半导体晶体20优选以针对彼此的相对取向示出，这将在下面进一步解释。直接转换半导体晶体20a、20的维度在图2和图3中被指示为维度L×W×H，其中，维度H沿着辐射入射方向γ(在图2和图3中也对其进行了指示)。辐射入射方向γ是这样的方向：由被设置在TOF PET扫描器10的中心膛14中的患者或其他成像对象发射的511keV的伽马射线沿着该方向(参见图1；更一般地，元件14可以被认为是检查区域14，在该检查区域14中设置了要被成像的成像对象的区域)行进以撞击到直接转换半导体晶体上。注意，由于患者和(一个或多个)TOF PET探测器环18具有有限尺寸，因此给定的511keV的伽马射线的精确方向可能从所指示的辐射入射方向γ偏离高达几度或者可能高达几十度。

在说明性实施例和本文描述的台架测试中，直接转换半导体晶体是碲锌镉(CZT)。然而，更一般地，直接转换半导体晶体20a或20可以是CZT、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、碘化汞(HgI)、钙钛矿或对511keV的伽马射线具有适当吸收和电特性的另一高Z(即，高原子序数Z)半导体晶体。直接转换半导体晶体的几何结构优选在辐射入射方向γ上具有足以提供对511keV的伽马射线的大于70％的吸收的厚度(图2-3中的维度H)，这对应于50％或更高的PET符合探测效率。这对于CZT和碲化镉来说对应于6mm的厚度。厚度为10mm的CZT晶体在511keV时效率为87％，而厚度为15mm的CZT晶体在511keV时效率为95％。

每个直接转换半导体晶体20a或20具有被设置在直接转换半导体晶体的第一面51上的阴极50和被设置在直接转换半导体晶体的与第一面51相对的第二面53上的阳极52。在图2和图3中以放大插图示出了阴极50和阳极52的更加详细的图解性横截面视图。如在这些放大插图中所看到的，阴极50和阳极52中的每个是被形成为金属-电介质-半导体界面的阻挡电极。说明性阴极是包括金属或其他导电层60的阻挡电极，该金属或其他导电层60被设置在介电层62上，该介电层62又被设置在直接转换半导体晶体20a或20的第一面51上。类似地，说明性阳极54是包括金属或其他导电层70的阻挡电极，该金属或其他导电层70被设置在介电层72上，该介电层72又被设置在直接转换半导体晶体20a或20的第二面53上。介电层62、72在半导体(即，直接转换半导体晶体20a或20)与金属电极60或70之间内插电位屏障。通过一些非限制性说明性示例的方式，介电层62、72能够是聚合物(例如，聚酰亚胺、聚酰胺、特氟隆、其他氟基聚合物等)或非导电氧化物(例如、NO_x、CdO_X、TeO_x、SiO_x、Si₃N₄、非化学计量Si_xN_y等)。还预想到介电层62和/或介电层72是不同材料的多层(例如，二层、三层)堆叠的介电层。在用于利用CZT作为直接转换半导体晶体20a或20的一个说明性示例中，绝缘层62、72的厚度在10纳米至1000纳米的范围内，端点包括在内，但是也预想到更小或更大的厚度。对介电材料及其厚度的选择优选针对显著特性进行优化，该显著特性例如为跨沉积区的均匀性、到晶体20a或20的粘附性和到金属60或70的粘附性，以及电阻率。在用于利用CZT作为直接转换半导体晶体20a或20的一个说明性示例中，介电层62、72的电面积电阻为10⁷ohm-mm²或更高。在用于利用CZT作为直接转换半导体晶体20a或20的另一说明性示例中，介电层62、72的电面积电阻在10⁷ohm-mm²至10¹¹ohm-mm²的范围内，端点包括在内。还预想到更低或更高的面积电阻。通过另外的说明性示例的方式，CZT具有10¹⁰ohm-cm的电阻率。1cm厚的CZT块的面积电阻是10¹⁰ohm-cm²(即，10¹²ohm-mm²)。介电层62、72的面积电阻应该是相当的。1mm厚的厚片的面积电阻将是约10¹¹ohm-mm²。因此预计的面积电阻范围可以是10⁹-10¹⁴ohm-cm²。对于CdTd，数字将是0.1或更小。介电层62、72的电面积电阻优选被选择为：限制在施加的高偏置电压下从电极(阴极50或阳极60)注入的暗电流，并同时允许光电流从直接转换半导体晶体20a或20中流出。作为用于利用CZT作为直接转换半导体晶体20a或20的一个特定示例，介电层62、72是厚度为10nm的SiO₂层，其提供10⁹ohm-mm²的面积电阻。绝缘层62、72能够使用任何薄膜沉积或形成方法来形成，例如，溅射沉积或通过真空蒸发的沉积、通过旋涂的沉积、天然氧化物(例如，CdO_x)的热生长等。金属层60、70通常能够包括任何导电金属，该导电金属充分粘附到下面的介电层62、72，在介电层62、72中具有一些合适的金属，包括金、银、铜、其合金等。金属层60(和/或金属层70)还可以包括两个或更多个不同金属层的堆叠(例如，镍/金金属层堆叠)。还将意识到，可以提供薄(例如，单层或若干单层)过渡层以增强粘附性、平滑性或出于其他原因。

此外，虽然说明性示例是金属/电介质/半导体阻挡结，但是在备选方法中，阻挡触点能够被制造为结效应阻挡触点(例如，肖特基势垒触点)。当阴极50和阳极52都是阻挡电极时，预计到最佳结果(例如，最低暗电流、最高可实现的偏置电压)。然而，在变型实施例中，预想到其中仅一个是阻挡电极(例如，阴极60是阻挡电极但阳极不是阻挡电极)。

继续参考图2和图3，说明性阳极52是像素化阳极；也就是说，阳极52包括被设置在直接转换半导体晶体的第二面上的电极像素(或阳极像素)52P的阵列。在说明性示例中，阳极像素52P通过导电层70的图案化来限定，而下面的介电层72是连续的并且在像素52P之间延伸。这不会在像素之间创建电分流，因为介电层72是电绝缘的(即，不导电的)。在备选实施例中，通过对两个层70、72进行图案化来限定阳极像素。相比之下，阴极60是在直接转换半导体晶体20a或20的第一面51的大部分或全部上延伸的连续电极。小阳极像素有利地提供了更高的空间分辨率；然而，尝试从像素化电极提取定时信号能够降低定时分辨率。参见参考图5和图6下面的相关讨论。在本文公开的方法中，公开了从大区阴极50提取定时信号和从像素化阳极52提取(在探测器面上的)空间定位信息。与诸如必须能够探测X射线的连续和高通量(即，射束)的CT之类的成像模态相比，这种方法利用了在PET中遇到的低通量(即，低计数)。

继续参考图2和图3，与图3的高纵横比几何结构相比，图2的实施例的低纵横比几何结构具有某些缺点。如前所述，“深度”维度H必须足够大，以提供对511keV的伽马射线的期望分数吸收。在采用CZT的一些实施例中，深度H优选为至少0.8cm。在阴极50和阳极52在晶体20a的顶面和底面上的情况下，电极50、52之间的最小分离度必须为0.8cm。通过用电压除以厚度来给出电场(假设电场均匀通过晶体)，因此较大的分离度转化为较小的电场，这针对给定的施加的高电压(HV)降低了设备速度(与定时分辨率有关)。难度、失败风险和HV工程设计的成本都随着所施加的HV电平而迅速升高。通过比较，在图3的高纵横比实施例中，阴极50和阳极52被设置在直接转换半导体晶体20的两个相对“侧面”上，并且辐射接收面76在第一面51与和第二面53之间延伸。直接转换半导体晶体20被安装在具有辐射接收面76的TOF PET扫描器壳体12中(参见图1)，该辐射接收面76被布置为接收沿着辐射入射方向γ从中心膛发出的511keV的伽马射线。在这种情况下，深度维度H在电极50、52之间不延伸；而是，阴极50与阳极52之间的分离度是维度W，能够使得维度W比深度H更小。例如，在一些实施例中，直接转换半导体晶体20的第一面51和第二面53的分离度小于0.4cm，即，维度W小于0.4cm(但是也预想到W的较大值)。能够使在附图中被标示为L的第三维度较大，使得能够使阴极的面积(对应于面积L×H)较大。使第三维度L较大也减少了覆盖指定面积所需的晶体20的数量，因为辐射接收面76的面积是L×W。因此，其中维度W显著小于维度L和H的高纵横比设计具有(经由大维度H)提供期望的辐射吸收厚度以及针对给定的跨电极50、52的偏置电压提供较高电场(由于这些电极之间的分离度W较小)的优点，利用大的第三维度L还提供了针对第一面51和第二面53的大面积(并且因此还提供了大面积阴极50和由阳极像素52P覆盖的大面积)。

在针对图3的实施例的设计中，直接转换半导体晶体20具有在第一面51与第二面53之间延伸的辐射接收面76。第一面51和第二面53相互平行，并且每个面都具有维度为L×H的面积。辐射接收面76具有维度为L×W的面积。第一面51与辐射接收面76在长度L的边缘处相遇，并且第二面53与辐射接收面76也在长度L的边缘处相遇。在一些这样的实施例中，维度H(即，沿着辐射入射方向γ的维度)比W至少大3倍，但是也预想到较小的纵横比。在一些这样的实施例中，直接转换半导体晶体20是碲锌镉(CZT)，并且维度H至少为0.8cm。

具体参考图3，具有这种设计的一个可能的问题是每个直接转换半导体晶体20的电极被定位得非常靠近下一个相邻晶体20的电极。如果阳极接地并且阴极保持在偏置电压-V处，那么如果一个晶体20的阳极52被如此布置得非常靠近下一个相邻晶体20的阴极50，则这将使得跨两个晶体之间的间隙施加整个偏置电压幅值|V|。该间隙优选很小，因为该间隙表示其中无法探测到511keV的伽马射线的区域。在间隙很小的情况下，电场(等于|V|除以间隙距离)很大，并且可能导致在相邻晶体20之间内插的任何间隔材料随时间产生电弧和/或发生击穿。在图3中示出的布置中，通过将直接转换半导体晶体20布置为以下情况来解决这个问题：直接转换半导体晶体20的每个相邻对被定位为具有以下情况中的一种情况：(i)直接转换半导体晶体的每个相邻对的相应的阴极50面向彼此，或(ii)直接转换半导体晶体的每个相邻对的相应的阳极52面向彼此。面向阴极的情况由图3中的参考标示(i)指示，而面向阳极的情况由图3中的参考标示(ii)指示。将意识到，晶体20的这种交替取向能够无限重复，即：

…CXA AXC CXA AXC CXA AXC CXA AXC CXA AXC CXA AXC…

其中，在上面的图解符号中，“X”表示晶体20，“C”表示晶体的阴极50，“A”表示晶体的阳极52，“CXA”表示处于一个取向的晶体，而“AXC”表示处于相反取向的晶体。在每一种实例中，阴极面向阴极，并且阳极面向阳极，并且跨相邻晶体之间的任何间隙都不会施加大的电压。这种设计的另一预想到的优点是限制了光电子(X射线吸收的第一产物)和所有次级电子在维度W中的范围。这将减少对大体积半导体积分以获得电子器件、固件和软件中的能量信号的任务。在变型实施例中，可以在相邻晶体之间插入电绝缘隔离物，例如，Kapton片(隔离大于3千伏的电压)。将Kapton片表示为“K”，则上述布置能够被写为：

…CXA K AXC K CXA K AXC K CXA K AXC K CXA K AXC K CXA K AXC…

如果由Kapton片或其他绝缘体提供的绝缘是足够的，则交替取向布置能够被非交替取向布置代替，即：

…CXA K CXA K CXA K CXA K CXA K CXA K CXA K CXA K CXA K CXA…

现在参考图4和图5，结合图3的大纵横比直接转换半导体晶体20示出了感测电路22(图5)、定时电路24(图4)和偏置电路80(图4)的说明性示例。偏置电路80向阴极50施加大(负)偏置，而阳极52优选接地(未示出)。因此，偏置电路80能够被实施为输出相对于地的高(负)电压的DC电源。诸如中间电阻器(未示出)之类的耦合电路元件也可以用在偏置电路80中。在图5中示出了感测电路22，并且感测电路22与阳极像素52P连接。在图4中示出了定时电路24，并且定时电路24与阴极50连接。

关于图5的说明性感测电路22，像素化阳极(与阳极是与第二面53的面积共同延伸的连续大面积电极相比)允许以更高的空间分辨率确定511keV的伽马射线的到达位置。一般来说，使用更多数量的较小阳极像素提供了更高的空间分辨率，但是可能的代价是将许多像素相加在一起以获得探测到的伽马射线的全部能量。511keV的伽马射线的能量分布在许多毫米上，并且甚至分布在厘米上。在图5中能够看到，每个阳极像素52P由对应的放大器(A₁)读取，该对应的放大器可以例如被实施为运算放大器(op amp)电路。在一些实施例中，放大器(A₁)的放大器噪声优选小于10000个电子。放大器(A₁)可以交流耦合，也可以直流耦合。

继续参考图5并进一步简要参考图5A，将认识到阳极像素52P沿着深度维度H的更高线性密度提高了相互作用深度(DOI)分辨率；而阳极像素52P沿着侧向维度L的更高线密度提高了侧向分辨率。(在正交于维度H的侧向方向上的侧向分辨率是通过将电极50、52分离的晶体20的第三维度W来确定的——有利的是使该第三维度变得更小，以便针对给定的偏置电压实现更高的电场，如已经讨论的那样，但是使该第三维度变得更小还通过限制初级电子和次级电子的范围而提高了在该侧向方向上的侧向空间分辨率。)通过简要地参考图5A，在变型实施例中，如果不认为在DOI方向上的空间分辨率是重要的(例如不要提取DOI信息)，则可以预想到采用如图5A所示的高纵横比阳极像素52P的线性阵列，其中，每个阳极像素都具有其长维度和其短维度，其长维度与维度H平行(并且任选地与沿着维度H的第二面53共同扩展)，其短维度与维度L平行。在图5A的方法中，没有提供DOI信息，但是提供了提高的沿着与维度L平行的侧向方向的空间分辨率，以找到由吸收的X射线产生的电荷的重心。

在另一变型(未示出)中，阴极可以是像素化的，而阳极是连续电极。在这种情况下，感测电路22与像素化阴极适当连接，而定时电路24被连接到连续阳极。更一般地，定时电路与连续电极(无论它是阴极(如图所示)还是阳极)连接，并且位置感测电路与像素化电极(它是阳极，如图所示，或者它也可以是阴极)连接。

转到图4的说明性定时电路24，这可以由放大器电路适当实施，该放大器电路包括放大器(A₂)和电容器(C₂)，该放大器电路生成具有在与由感测电路22生成的电脉冲相对应的时间发生的特征(例如，上升沿、下降沿等)的瞬态信号。在一个合适的实施例中，定时电路24在其静态状态下处于低电压，这是使用AC耦合实现的。放大器(A₂)的转换速率应该足够快，以避免对所生成的定时信号的时间分辨率产生不期望的限制——在一些说明性实施例中，放大器转换速率快于一纳秒。

将意识到，由定时电路24生成的瞬态信号还提供关于511keV的伽马射线探测的位置的空间信息，尽管具有与阴极50覆盖的晶体20的面积相对应的仅H×L的分辨率。如果这种空间分辨率被认为是足够的(例如，如果维度L足够小并且要忽略DOI信息)，则由定时电路24生成的瞬态信号也能够充当感测信号，在这种情况下，适当地省略单独的感测电路22。在这样的实施例中，阳极52是面积相当于或等于阴极50的面积的合适的连续大面积电极。在这种情况下，阳极或阴极也能够用于定位或定时或这两种功能。

参考图6，在变型实施例中，感测电路22和定时电路24都与阳极连接(同时偏置电路80仍然将负偏置电压施加到阴极50)。为了避免由于小阳极像素效应而丢失定时分辨率，在这种情况下的阳极包括由边界电极52B包围的阳极像素52P的阵列，该边界电极52B连接性地包围包含阳极像素52P的所有区。如已经参考图5所描述的那样，感测电路22的放大器(A₁)读出个体阳极像素52P。然而，在图6的实施例中，定时电路24与边界电极52B连接。

通常，感测电路22和定时电路24可以是模拟电路、数字电路(具有A/D输入)或混合模拟/数字电路；可以采用并行和/或流水线结构；可以采用分立部件和/或专用集成电路(ASIC)部件；可以使用各种电路部件配置，例如，倒装芯片或近侧部件；并且可以通过导电胶或焊接等而被结合。定时电路24应该具有足够快的转换速率，以测量期望速度的信号，例如在一些非限制性说明性示例中为20FC/200ns的信号(其中，这是根据穿过1cm的探测器的511keV的伽马光子的电荷来估计的，探测器由大约500V/mm的电场来驱动，并且晶体20中的电子迁移率为大约1000cm2/V-s)。

为了展示所公开的方法可实施的定时分辨率，图3中示出的类型的设备是台架测试的。该设备采用CZT作为直接转换半导体晶体，将图3的直接转换半导体晶体20的大纵横比几何结构与通过如图2所示的阴极的入射方向相结合。维度L和维度H为20mm和10mm，而维度W为2mm，吸收比上面讨论的>0.4mm的吸收减少了。利用在阴极与阳极之间施加的900V的偏置来测试设备，得到了450V/mm，其接近上面讨论的500V/mm，并且具有正确的暗电流、暗电流生成的噪声和信号上升时间。在台架测试中，定时电路24被操作性连接以响应于由直接转换半导体晶体对高能keV伽马射线的吸收而生成触发信号。在测试设置中，Co57用于输出350至700keV的伽玛射线，因为该范围与来自在PET成像期间发出的电子-正电子湮灭的511keV的伽马射线重叠。在台架测试中，定时电路生成了具有500皮秒的抖动的触发信号，其对应于沿着响应线(LOR)的符合事件的飞行时间定位，其具有15cm的空间分辨率。这足以提供有用的用于TOF PET图像重建的飞行时间信息。抖动测量的分析表明：测量的抖动受到在定时测量电路中使用的放大器的限制，并且基于这些测试结果的分析能够相信：设备能够提供200-300皮秒的TOF PET定时分辨率，这与现有技术的基于闪烁体的TOF PET探测器相当或者比其更好。通过进一步量身定做电子调控电路、如本文所公开的探测器几何结构以及如本文所述的阻挡触点，能够预计实现更低的定时分辨率，例如，50皮秒或更低的定时分辨率。这将对应于1.5cm的空间分辨率，这足以通过累积TOF PET符合事件而不执行迭代图像重建且不执行反投影来实现TOF PET图像。

图7-11说明了一些实验结果。测试了高阻挡触点与定时电子器件的组合，以查看时间抖动是否显示出对TOF PET有用的必要改进。将具有图3的几何结构的CZT板置于样品架中。类似于图4中示出的定时电路被连接到阴极，并且阳极都接地。使用具有转换速率＝7.5ns(60pF)的市售Ortec142A电荷敏感前置放大器。HV上升至450V/mm。如图2所示，向阴极表面提供350至700keV的X射线光子(即，伽马射线)。信号迹线被记录在数字示波器上，如图7所示，并且数字迹线被传送到计算机以进行分析。使用均值函数和rms函数在计算机上确定基线和基线噪声(σ_mv)，如图7中所指示的。信号上升的斜率(m)是根据上升上的10％、90％的点来确定的，如图7中进一步指示的。定时抖动(σ_ns)是根据斜率/(基线噪声)来确定的。分析了具有HV＝100V的许多迹线，并且在图8中标绘了抖动vs斜率。具有最高斜率的迹线(表示接近700keV的高能光子)显示出低至500ps(即，0.5纳秒)的抖动。对于参考图9和图10描述的实验，HV增加到600V，并且采集和分析更多的迹线，并且结果示于图9和图10中。再次看到时间抖动(σ_ns)低至500ps，如图10所示。然而，较高的HV(600V)并未按照预计的情况显示出进一步降低的抖动值，也没有显示出较高的斜率值(m)(参见图9)。图11显示出限制来自放大器；上升斜率从100V增加到200V，再增加到400V，但是并没有进一步增加到900V。因此，它的结论是：放大器转换速率限制了测量，并且利用更快的放大器，抖动甚至可以低于500ns。预计具有转换速率＝0.75ns的10×更快的放大器会使测量达到抖动＝50ps。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解了前面的详细描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将本示例性实施例解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内即可。