具体实施方式

下面，将描述读出辐射探测器中的数据的方法、辐射探测器和成像设备。将使用相同的参考数字来表示相同或类似的结构特征。

图1示意性地表示成像设备10。成像设备10包括辐射探测器12和控制单元14。这个示例的成像设备10是用于计算机体层成像(CT)扫描的多能量成像设备。

成像设备10还包括用于发射X射线的辐射源16，例如X射线管，X射线透射穿过将要成像的对象18，例如穿过患者的身体。在透射穿过对象18之后，X射线到达辐射探测器12，在那里，X射线被检测且被转换为表示对象18的空间分辨投影图像的信号。

控制单元14可操作地连接到辐射探测器12。控制单元14被配置成从辐射探测器12读取辐射数据。控制单元14可以被配置成获取2D投影图像。所获取的2D图像可以用于根据计算机体层成像的已知原理来重建对象18的例如3D图像。

图2示意性地表示图1中的辐射探测器12的部分横截面图。辐射探测器12包括例如碲化镉(CdTe)晶体的转换元件20和例如读出ASIC衬底的读出衬底24。辐射探测器12还包括支撑衬底22。

转换元件20包括多个像素26-1、26-2、26-3、26-4、26-n。每个像素26-1、26-2、26-3、26-4、26-n也可以用参考数字“26”来指代。像素26均匀地分布在辐射探测器12的至少主要部分上，例如在整个辐射探测器12上。在这个示例中，转换元件20是二维的，即包括像素26的二维阵列。

转换元件20可以由至少一个半导体衬底构成，例如CdTe或碲化镉锌(CdZnTe或CZT)衬底。转换元件20可以包括连续的转换衬底或若干分立的转换部分。

这个示例的转换元件20还包括在这里实现为接触垫的多个电荷收集电极28。每个像素26由电荷收集电极28限定。

当X射线(或其他类型的电离辐射)撞击在转换元件20上时，电子-空穴对响应于所吸收的能量而在转换元件20内产生(因此术语“直接转换”)。在跨转换元件20施加的电场的影响下，这些电子(空穴)转移到相关联的电荷收集电极28。因此，转换元件20被配置成响应于入射辐射产生一个或多个电荷载流子。举例来说，转换元件20可以捕获入射的X射线光子并且将其直接转换为电荷。

读出衬底24包括多个读出电路30-1、30-2、30-3、30-4、30-n。每个读出电路30-1、30-2、30-3、30-4、30-n也可以用参考数字“30”来指代。每个读出电路30包括在这里实现为接触垫的读出电极32。每个读出电路30与像素26相关联。

辐射探测器12还包括多个互连件34。每对的一个像素26和一个读出电路30通过互连件34连接。在图2中，互连件34被例示为电荷收集电极28与相关联的读出电极32之间的焊接凸点。每个读出电极32由此充当到相关联的读出电路30的输入端。然而，其他类型的互连件34也是可以想到的。

每个读出电路30还包括具有特别针对相关联像素26的功能的至少一个电子部件。读出电路30被布置成处理由入射在转换元件20上的辐射产生的信号。

辐射探测器12被配置成在测量帧中重复地检测辐射，其中每个测量帧包括数据采集周期和读出周期。

图3示意性地表示读出衬底24的部分视图。每个读出电路30包括至少一个寄存器(或计数器)。寄存器可以是专用寄存器或计数器。在图3中的示例中，每个读出电路30包括第一寄存器(或第一计数器)36a和第二寄存器(或第二计数器)36b。每个寄存器36a、36b也可以用参考数字“36”表示。然而，可以替代地在每个读出电路30中提供仅一个寄存器36或多于两个寄存器36。每个寄存器36被配置成临时存储与来自相关联像素26的至少一个传入辐射事件的转换后电信号相对应的值。

每个读出电路30被配置成处理输入模拟信号。如图3所示，每个读出电路30包括放大器38、脉冲整形器40和两个比较器42a、42b，一个比较器与一个寄存器36a、36b相关联。放大器38被配置成接收和放大来自相关联像素26的电信号。脉冲整形器40被配置成对来自相关联像素26的电信号的波形进行整形。脉冲整形器40可操作地耦合到每个比较器42a、42b的至少一个输入端。

每个放大器38被配置成接收和放大来自读出电极32的电信号，所述电信号响应于入射的单个x射线事件而产生。因此，每个光子的传入辐射撞击被转换为电信号，所述电信号接着由放大器38放大。

每个读出电路30的脉冲整形器40被配置成对来自转换元件20的电脉冲的波形进行整形。脉冲整形器40可以例如创建带宽受限的半高斯输出脉冲并且可以充当噪声滤波器。每个比较器42a、42b连接到脉冲整形器40。每个比较器42a、42b被配置成将来自脉冲整形器40的电脉冲的峰值，即由转换元件20检测到的X射线光子的能量，与阈值进行比较。

每个比较器42a、42b的输出端连接到相关联寄存器36a、36b。当比较器42a、42b确定转换元件20检测到的X射线光子的能量具有超过在比较器42a、42b中设置的阈值的峰值时，比较器42a、42b输出电脉冲到寄存器36a、36b。两个比较器42a、42b由此被配置成将来自像素26中的一个的表示辐射能的电信号与第一阈值和第二阈值进行比较。

这个示例的每个寄存器36a、36b包括计数器，所述计数器被配置成对超过由相关联比较器42a、42b设置的给定能级的光子脉冲的数目进行计数。每个寄存器36a、36b将对在对应于相关联比较器42a、42b中的给定阈值的能量范围内的光子脉冲的数目进行计数。

在每个数据采集周期期间，寄存器36a、36b对来自比较器42a、42b的电脉冲进行计数。响应于接收到例如来自控制单元14的读出触发，寄存器36a、36b开始对从比较器42输入的电脉冲进行计数。每次产生电脉冲时，寄存器36a、36b使存储的数目递增一。响应于接收到下一个读出触发，寄存器36a、36b读出存储的计数数的数据(计数数据)，并且将内部存储器中的计数数的数据重置为初始值(例如0)。

成像设备10还包括阈值设置装置44。在图3中的示例中，阈值设定装置44设置在读出衬底24中。阈值设置装置44被配置成为每个读出电路30中的每个寄存器36a、36b设置阈值。为此，阈值设置设备44包括：第一数模(DA)转换器(DAC)46a，其被布置成设置每个读出电路30的第一比较器42a中的阈值；和第二DA转换器46b，其被布置成设置每个读出电路30的第二比较器42b中的阈值。阈值设置装置44由控制单元14通过信号线48控制。

图3中的每个读出电路30还包括开关50。开关50可以是单刀双掷(SPDT)开关。每个开关50可在第一状态52和第二状态54之间切换。所有开关50的切换由控制单元14通过信号线56控制。

图3还示出信号线58。读出电路30-2通过信号线58从前一读出电路30-1接收串行数据。来自读出电路30-2的数据接着被添加到串行数据并且传递到下一个读出电路30-3，以此类推，直到读出来自最后读出电路30-n的串行数据60。因此，第一读出电路30-a和最后读出电路30-n之间的每个读出电路30包括耦合到下一个读出电路的串行数据输入端的串行数据输出端。

开关50耦合到第二寄存器36b的串行数据输出端和第一寄存器36a的串行数据输入端。开关50还耦合到来自前一读出电路30-1的信号线58。

当开关50处于图示的第二状态54时，来自每个读出电路30的第一寄存器36a和第二寄存器36b两者的数据被添加到串行数据。开关50的第二状态54因此对应于多能量读出模式(在这个示例中为双能量读出模式)。在开关50的第二状态54中，第二寄存器36b耦合到来自最后读出电路30-n的串行数据60的输出。

当开关50处于第一状态52时，只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据。开关50的第一状态52因此对应于单能量读出模式。通过开关50，每个读出电路30被配置成选择性地绕过读出电路30的至少一个寄存器36b。在开关50的第一状态52中，第二寄存器36b从来自最后读出电路30-n的串行数据60的输出解耦。开关50处于第一状态52的持续时间可以比第二状态54长至少50％，例如长至少100％。

图4示意性地表示读出衬底24的替代示例的部分视图。将描述相对于图3的主要差异。在图4中的示例中，每个读出电路30包括第一寄存器(或第一计数器)36a、第二寄存器(或第二计数器)36b和第三寄存器(或第三计数器)36c。此外，每个读出电路30包括放大器38、脉冲整形器40和三个比较器42a、42b、42c，一个比较器与一个寄存器36a、36b、36c相关联。

在图4中，每个比较器42a、42b、42c都连接到脉冲整形器40。每个比较器42a、42b、42c被配置成将来自脉冲整形器40的电脉冲的峰值，即由转换元件20检测到的X射线光子的能量，与阈值进行比较。三个比较器42a、42b、42c由此被配置成将来自相关联像素26的表示辐射能的电信号与第一阈值、第二阈值和第三阈值进行比较。第三寄存器36c被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第三阈值的电信号的高能数据，所述高能数据表示超过第二高能级的辐射能。第三寄存器36c串联耦合到第二寄存器36b。

每个比较器42a、42b、42c的输出端连接到相关联寄存器36a、36b、36c。当比较器42a、42b 42c确定转换元件20检测到的X射线光子的能量具有超过在比较器42a、42b、42c中设置的阈值的峰值时，比较器42a、42b、42c输出电脉冲到寄存器36a、36b、36c。

图4中的示例的阈值设置装置44被配置成为每个读出电路30中的每个寄存器36a、36b、36c设置阈值。为此，阈值设置设备44包括：第一DAC 46a，其被布置成设置每个读出电路30的第一比较器42a中的第一阈值；第二DAC 46b，其被布置成设置每个读出电路30的第二比较器42b中的第二阈值；和第三DAC 46c，其被布置成设置每个读出电路30的第三比较器42b中的第三阈值。

当图4中的开关50处于图示的第二状态54时，来自每个读出电路30的第一寄存器36a、第二寄存器36b和第三寄存器36c的数据被添加到串行数据。开关50的第二状态54因此对应于多能量读出模式(在这个示例中为三能级读出模式)。当开关50处于第一状态52时，只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据。开关50的第一状态52因此对应于单能量读出模式。通过开关50，每个读出电路30被配置成选择性地绕过读出电路30的第二寄存器36b和第三寄存器36c。

尽管图4图示每个读出电路30中的三个寄存器36a、36b、36c和比较器42a、42b、42c和阈值设置装置44中的三个DAC 46a、42b、42c，但是在替代示例中，可以使用附加寄存器(表示为省略号)和附加比较器(表示为省略号)和附加DAC(表示为省略号)。附加寄存器可以耦合在寄存器36b和寄存器36c之间，并且附加比较器可以耦合到附加寄存器，类似于寄存器36b和36c分别到比较器42b和42c的耦合。类似于DAC 42b和42c到比较器42b和42c的耦合，附加DAC可以耦合到附加比较器。类似于DAC 42b和42c，附加DAC也可以耦合到信号线48。

附加寄存器、附加比较器和附加DAC可以用于在每个高能读出周期期间读出具有多个不同阈值的多个高能级。举例来说，利用附加寄存器、附加比较器和附加DAC，可以在每个高能读出周期期间读出具有四个不同阈值的四个高能级。

图5以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的一个示例。图5是其中纵坐标示出能量E且横坐标示出时间t的图。图5示出多个低能读出周期62和多个高能读出周期64。在图5中，每三个读出周期有一个高能读出周期64。然而，任何“n”读出周期可以是高能读出周期64，其中“n”是正整数。在图5中，在每对最相邻的高能读出周期64之间提供两个低能读出周期62。每个读出周期62、64在数据采集周期66之后。每一对的数据采集周期66和随后的读出周期62、64构成一个测量帧。

在图5中的示例中，在读出周期(死时间)期间不执行数据采集。尽管读出周期62、64被图示为具有与数据采集周期66相同的宽度，但是数据采集周期66通常比读出周期62、64长得多，例如十倍长。数据采集周期66可以短于10ms，例如短于5ms，例如短于1ms，例如短于0.5ms。读出周期62、64可以短于5ms，例如短于1ms，例如短于0.5ms，例如短于0.1ms。

低能级68通过第一阈值设置并且高能级70通过第二阈值设置。第一和第二阈值可以分别由第一比较器42a和第二比较器42b设置(见图3)。根据一个非限制性示例，低能级68可以是6keV，而高能级70可以是35keV。第一寄存器36a被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第一阈值的电信号的低能数据，所述低能数据表示超过低能级68的辐射能。第二寄存器36b被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第二阈值的电信号的高能数据，所述高能数据表示超过高能级70的辐射能。寄存器36a、36b还被配置成读出低能数据和高能数据。

在每个数据采集周期66期间，将指示像素26检测到的辐射的数据存储在与像素26相关联的读出电路30的寄存器36a、36b中。在每个读出周期62、64期间，从每个读出电路30的一个或多个寄存器36a、36b读出数据。在每个低能读出周期62期间，从每个第一寄存器36a仅读出指示超过低能级68的辐射能的数据。在每个高能读出周期64期间，读出指示超过高能级70的辐射能的数据。在图5中的示例中，在每个高能读出周期64期间，从第一寄存器36a读出指示超过低能级68的辐射能的数据，并且从第二寄存器36b读出指示超过高能级70的辐射能的数据。因此，在图5中，高能读出周期64构成多能量读出周期。

提供低能读出周期62使得能够减少读出的数据量，在低能读出周期期间，仅读出指示超过低能级68的辐射能的数据。另外，可以缩短低能读出周期62并且因此可以使扫描更快。由于提供高能读出周期64，因此仍能够实现高质量的多能量成像(图5中的双能量成像)。

图6以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5的主要差异。在图6中，每四个读出周期有一个高能读出周期64。

在图6中，使用低能级68、高于低能级68的第一高能级70a和高于第一高能级70a的第二高能级70b。每个高能级也可以用参考数字“70”来指代。为了实行图6中的方法，每个读出电路30包括具有相应阈值的三个寄存器36，如图4所示。

在每个低能读出周期62中，读出指示超过低能级68的辐射能的数据。在每个高能读出周期64中，读出指示超过低能级68的辐射能的数据、指示超过第一高能级70a的辐射能的数据和指示超过第二高能级70b的辐射能的数据。

图7以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图6的主要差异。在图7中，每五个读出周期有一个高能读出周期64。

在图7中，在每个低能读出周期62期间，读出指示超过低能级68的辐射能的数据。然而，在每个高能读出周期64期间，不读出指示超过低能级68的辐射能的数据。而是，在每个高能读出周期64期间，读出指示超过第一高能级70a的辐射能的数据和指示超过第二高能级70b的辐射能的数据。例如通过图3所示的读出衬底24，图7中的方法可以在每个读出电路30中有两个寄存器36的情况下来实行，一个寄存器具有静态阈值(例如针对第二高能级70b)而一个寄存器具有可变阈值(例如针对低能级68和第一高能级70a)。

图8以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5到图7的主要差异。在图8中，每三个读出周期有一个高能读出周期64。

图8中的方法还采用高于第二高能级70b的第三高能级70c。图8中的方法可以在根据图3的每个读出电路30中仅两个寄存器36的情况下来实行，一个寄存器36具有限定低能级68的静态第一阈值，而一个寄存器36具有交替地限定第一高能级70a、第二高能级70b和第三高能级70c的可变第二阈值。在这种情况下，DAC 46b可以在一个或多个读出周期中将第二阈值可变地设置为不同值。同样在图8中，每个高能读出周期64是多能量读出周期。

图9以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5到图8的主要差异。图9中的方法采用低能级68和高于低能级68的高能级70。然而，每个低能读出周期62和每个高能读出周期64是单能量读出周期。因此，图9中的方法可以在每个读出电路30中仅一个单个寄存器36的情况下来实行。寄存器36中的阈值在低能读出周期62的低能级68和高能读出周期64的高能级70之间改变。开关50保持在第一状态52，因此只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据，如图3和图4所示。

图10以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5的主要差异。在图10中的示例中，每个数据采集周期66在紧接在前的测量帧的读出周期62、64结束之前开始。更具体地，每个数据采集周期66与紧接在前的测量帧的读出周期62、64的开始同时开始。因此，数据采集周期66和读出周期62、64部分重叠。每个读出周期62、64仍然跟随在前的数据采集周期66。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但将了解，本发明不限于已经在上文描述的内容。举例来说，将了解，零件的尺寸在需要时可改变。因此，期望本发明可仅由所附权利要求的范围限制。