[0001] 本申请涉及射线探测技术领域，特别是涉及一种像素型多阳极半导体探测器阵列的电子学通道复用方法。

[0002] 射线探测在工业生产、医疗卫生和科学研究等领域有广泛应用。对射线进行探测，不仅可以用于工业探伤、肿瘤治疗、辐射育种、放射性检测等，还可以研究宇宙起源、星体演化等重大科学问题。半导体探测器具有能量分辨率高、时间响应快、结构简单等优点，在射线探测领域得到了广泛应用。而像素型多阳极半导体探测器具有一个阴极和多个像素型阳极，由于其像素型阳极结构，可以快速准确地得到射线与半导体探测器作用点的二维位置，结合深度信息可以对射线与半导体探测器的作用位置进行三维精确探测。

[0003] 半导体探测器的工作原理为：半导体探测器工作时，在其阴阳极之间施加高压，半导体探测器中存在很强的电场。射线与半导体探测器发生相互作用，产生电子‑空穴对。电子和空穴在外加电场的作用下分别向两极运动，并分别在阴阳极产生感应电荷和电流脉冲信号。

[0004] 射线与半导体探测器发生作用，产生电子‑空穴对。半导体的原子序数大、密度高，因此电子的射程短，基本局限在几个相邻的阳极单元探测范围内，只有这几个阳极会产生信号，其它阳极无信号。同时，这些阳极像素所对应的阴极也会产生信号。因此，某个半导体探测器的阴极产生信号表示射线与该半导体探测器发生作用，半导体探测器的某个阳极产生信号表示射线击中此阳极探测单元，从而能够定位射线与半导体探测器的作用位置。

[0005] 通常每个探测单元（包括阳极与阴极）都需要一路前端电子学通道进行读出，从而根据电子学通道的测量结果推算探测单元的击中情况。然而单个半导体探测器的体积小，通常在进行一些射线探测的场合，需要对多个半导体探测器进行拼接，从而增大探测面积。同时，为了达到更高的位置分辨，需要限制探测器每个阳极探测单元的尺寸，使其探测范围更加精细。这两方面要求都会造成阳极探测单元和所需用于处理每个探测单元信号的电子学通道数量显著增加。因此，电子学通道的复用成为解决探测装置大规模读出通道、高集成度要求的有效方法。

[0006] 读出电子学是将半导体探测器中每个探测单元信号转换和记录的关键部分，其中，探测单元指的是半导体探测器的阳极和阴极，阳极、阴极均可作为一个探测单元，即阳极探测单元和阴极探测单元。当射线进入半导体探测器后，会在半导体探测器中产生电子‑空穴对，这一信号十分微弱，且无法被计算机或其他数据处理、分析设备所识别。而读出电子学完成的工作就是将微弱信号进行放大、成形和采集，并转换成为数字信号传输至计算机。通常情况下，半导体探测器每个探测单元均需要配置一路的电子学通道进行读出，而像素型多阳极半导体探测器的探测单元数量很多，因此需要大量的电子学通道进行读出处理。

[0007] 基于此，针对像素型多阳极半导体射线探测装置对大探测面积和高位置分辨的要求带来的探测器探测单元不断增加，从而导致所需用于处理每个探测单元信号的电子学通道数目急剧增多的问题，如何提供一种像素型多阳极半导体探测器阵列的电子学通道复用方法，以减少读出所有探测单元所需的电子学通道数量，进而解决目前电子学通道数目急剧增多的问题，这成为了本领域亟待解决的一个技术问题。

[0040] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0041] 如图1所示，本实施例提出了一种像素型多阳极半导体探测器阵列的电子学通道复用方法，该方法面向的半导体探测器是像素型多阳极半导体探测器，像素型多阳极半导体探测器是一种具有多个像素型的阳极的半导体探测器，像素型的阳极也就是阳极像素。所述像素型多阳极半导体探测器阵列的电子学通道复用方法具体包括以下步骤。

[0042] 步骤S1：针对像素型多阳极半导体探测器阵列中的N个像素型多阳极半导体探测器，对每一像素型多阳极半导体探测器的1个阴极均使用一路阴极电子学通道进行读出，得到N路阴极电子学通道；每一像素型多阳极半导体探测器均包括M个阳极像素和1个阴极。

[0043] 步骤S2：针对每一像素型多阳极半导体探测器的M个阳极像素，分别从每一像素型多阳极半导体探测器中尚未连接到阳极电子学通道的若干阳极像素中选取一个阳极像素，得到N个阳极像素，并将这N个阳极像素编号为一组，得到阳极像素编号信息，并将同一组的N个阳极像素合并读出到一路阳极电子学通道。

[0044] 步骤S3：重复执行步骤S2，直至所有像素型多阳极半导体探测器的所有阳极像素均读出到相应的阳极电子学通道为止，得到M路阳极电子学通道。

[0045] 步骤S4：根据N路阴极电子学通道和M路阳极电子学通道进行事例筛选，并根据筛选出的有效事例，反推出射线击中像素型多阳极半导体探测器阵列的具体位置。

[0046] 本实施例中，在步骤S1之前，还包括以下步骤。

[0047] 对像素型多阳极半导体探测器阵列中的各个像素型多阳极半导体探测器依次进行编号，得到像素型多阳极半导体探测器编号信息。具体包括以下步骤。

[0048] 针对像素型多阳极半导体探测器阵列中的N个像素型多阳极半导体探测器，按照从左到右和/或从上到下的顺序依次进行编号，使每一像素型多阳极半导体探测器对应一个编号，得到像素型多阳极半导体探测器编号信息。其中，像素型多阳极半导体探测器编号信息用于确定某一像素型多阳极半导体探测器在像素型多阳极半导体探测器阵列中的具体位置。

[0049] 本实施例中，像素型多阳极半导体探测器编号信息的形式为：1，2，…，N。其中，N为像素型多阳极半导体探测器阵列中像素型多阳极半导体探测器的数量。

[0050] 本实施例中，阳极像素编号信息的形式为：这N个阳极像素是第i组，i=1，2，…，M。其中，M为像素型多阳极半导体探测器中阳极像素的数量。

[0051] 需要说明的是，本实施例编号是为了更加方便地进行数据处理和位置识别，因此，各种编号方式以及各种具体编号形式均可以。例如，当像素型多阳极半导体探测器阵列中像素型多阳极半导体探测器的分布形状为一行的形状，可以按照从左到右或从右到左的顺序对其进行编号。当像素型多阳极半导体探测器阵列中像素型多阳极半导体探测器的分布形状为一列的形状，可以按照从上到下或从下到上的顺序对其进行编号。当像素型多阳极半导体探测器阵列中像素型多阳极半导体探测器的分布形状为多行多列的形状，可以按照从左到右和从上到下的顺序对其进行编号。

[0052] 本实施例中，步骤S4具体包括以下步骤。

[0053] 步骤S41、根据N路阴极电子学通道和M路阳极电子学通道进行事例筛选，剔除无效事例，保留有效事例。

[0054] 步骤S42、根据有效事例，反推出射线击中像素型多阳极半导体探测器阵列的具体位置。

[0055] 本实施例中，步骤S41根据N路阴极电子学通道和M路阳极电子学通道进行事例筛选，剔除无效事例，保留有效事例，具体包括以下步骤。

[0056] 步骤S411、根据N路阴极电子学通道和M路阳极电子学通道，分别确定射线击中像素型多阳极半导体探测器阵列时，各个阴极电子学通道和各个阳极电子学通道的信号采集情况。

[0057] 步骤S412、根据各个阴极电子学通道和各个阳极电子学通道的信号采集情况，剔除多个阴极电子学通道同时采集到信号的无效事例，得到有效事例。

[0058] 本实施例中，无效事例为当射线击中像素型多阳极半导体探测器阵列后，多个阴极电子学通道同时采集到信号的事例，有效事例为除无效事例以外的所有事例，事例指的是在某一时刻，电子学通道测量到信号，即视为产生了一个事例，同时在这个时刻测量到的所有信号均属于同一个事例。

[0059] 本实施例中，步骤S42根据有效事例，反推出射线击中像素型多阳极半导体探测器阵列的具体位置，具体包括以下步骤。

[0060] 步骤S421、根据有效事例中各个阴极电子学通道的信号采集情况，结合像素型多阳极半导体探测器编号信息，确定像素型多阳极半导体探测器阵列中被击中的像素型多阳极半导体探测器，也就是说，确定出像素型多阳极半导体探测器阵列中的哪一个像素型多阳极半导体探测器被击中了。

[0061] 步骤S422、根据阳极电子学通道的信号采集情况，结合被击中的像素型多阳极半导体探测器的阳极像素编号信息，确定被击中的像素型多阳极半导体探测器中被击中的阳极像素的具体位置。

[0062] 如图2所示，本实施例提出的一种像素型多阳极半导体探测器阵列的电子学通道复用方法，在实际应用时主要包括以下实施步骤。

[0063] （1）对N个像素型多阳极半导体探测器进行编号，举例说明，编号可以为1，2，…，N。每个像素型多阳极半导体探测器包括M个阳极像素和1个阴极。

[0064] （2）将每一个像素型多阳极半导体探测器的阴极分别用一路阴极电子学通道读出，即共需要N路阴极电子学通道。

[0065] （3）从每个像素型多阳极半导体探测器尚未连接到阳极电子学通道的阳极像素中各选取一个阳极像素，将这N个阳极像素编号可以设置为第i组，i=1，2，…，M，合并读出到一路阳极电子学通道。重复“从每个像素型多阳极半导体探测器尚未连接到阳极电子学通道的阳极像素中各选取一个阳极像素，将这N个阳极像素编号可以设置为第i组，i=1，2，…，M，合并读出到一路阳极电子学通道”的过程，直至所有阳极像素均读出到阳极电子学通道为止，共需要M路阳极电子学通道。

[0066] 需要说明的是，上述（2）与（3）不区分执行的先后顺序，也就是说，可以先确定N路阴极电子学通道，再确定M路阳极电子学通道，或者也可以先确定M路阳极电子学通道，再确定N路阴极电子学通道。

[0067] 经过分析可知，在M和N都确定的情况下，使用M路阳极电子学通道和N路阴极电子学通道，即可实现对（M×N）个阳极探测单元的读出，极大程度提高了前端读出电子学的集成度。例如，当M=100，N=16时，仅使用100路阳极电子学通道即可实现1600个探测器阳极探测单元的读出，再加入16路阴极电子学通道，从而只需要116路电子学通道，即可实现所有探测器探测单元的读出。

[0068] （4）根据电子学测量技术，确定各个阳极电子学通道和阴极电子学通道产生信号情况，剔除多个阴极电子学通道同时测量到信号的事例。

[0069] 本实施例中电子学测量过程，如图3所示，射线击中像素型多阳极半导体探测器，被击中的像素型多阳极半导体探测器的阴极和阳极产生电流信号，如图4所示，电流信号会输入到放大器中，通过放大器将电流信号转换为电压信号，然后使用ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）对电压信号进行采样，并将其转换为数字信号，然后将数字信号输入数字信号处理单元进行数据采集、数据打包。电子学通道的信号经过数据采集、打包后形成数据包，每个数据包包含事例号、电子学通道号和该通道的数据信息，事例号反映的是第几个事例。最终，数据包被上传到计算机，在计算机中进行数据处理，因此，本实施例可以通过上述电子学测量技术和电子学测量系统，利用计算机显示的电子学通道中传输的异常信息来判断是否剔除各个事例，实现事例的筛选和剔除。或者，在数字信号处理单元中加入事例筛选模块，事例筛选模块用于通过实时在线获取数据，舍弃击中两个以上的像素型多阳极半导体探测器的事例。一个数据包解包之后是一行数据，有一列是事例号，有一列是通道号，对事例号为n的所有数据筛选出来进行判断，如果某一个事例号下有两个及以上的阴极通道信号，则将此事例剔除。

[0070] 本实施例中，阴极电子学通道的信号采集情况具体包括以下情况。

[0071] 1）射线的击中位置全部位于一个像素型多阳极半导体探测器，像素型多阳极半导体探测器的阴极产生信号，对应的一路阴极电子学通道采集到信号。

[0072] 2）射线的击中位置位于多个像素型多阳极半导体探测器，对应的多路阴极电子学通道同时采集到信号。

[0073] 本实施例中，阳极电子学通道的信号采集情况具体包括以下情况。

[0074] 1）在被击中的像素型多阳极半导体探测器内，仅有一个阳极探测单元被击中，对应的一路阳极电子学通道采集到信号。

[0075] 2）在被击中的像素型多阳极半导体探测器内，有相邻的多个阳极探测单元被击中，对应的多路阳极电子学通道同时采集到信号。

[0076] 根据上述分析，射线可能同时击中多个像素型多阳极半导体探测器，使对应的多个阴极电子学通道采集到信号。例如，当射线同时击中两个像素型多阳极半导体探测器p1，p2（p1，p2=1，2，...，N）上不同编号的阳极探测单元q1，q2（q1，q2=1，2，...，M），则第p1，p2路阴极电子学通道和第q1，q2路阳极电子学通道同时采集到信号，无法确定击中(p1，q1)、(p1，q2)、(p2，q1)、(p2，q2)四个阳极探测单元中的哪两个，其中，(p1，q1)表示第p1个探测器中编号为q1的阳极探测单元；(p1，q2)表示第p1个探测器中编号为q2的阳极探测单元；(p2，q1)表示第p2个探测器中编号为q1的阳极探测单元；(p2，q2)表示第p2个探测器中编号为q2的阳极探测单元。由于这种事例的发生概率非常小，因此本实施例剔除此类事例，不会对探测造成较大影响。按照射线作用的原理，对测量感兴趣的事例是射线能量全部在一个像素型多阳极半导体探测器中转换为电信号的事例。最后保留下的只有单次击中一个像素型多阳极半导体探测器的事例，单次同时击中多个像素型多阳极半导体探测器的事例会被舍弃，对于单次击中一个像素型多阳极半导体探测器的事例，无论单次击中一个像素型多阳极半导体探测器中的多少个阳极像素，都会被保留下来，作为有效事例。

[0077] （5）根据有效事例反推射线击中像素型多阳极半导体探测器的位置。

[0078] 本实施例中，由于预先分别对像素型多阳极半导体探测器和阳极像素依次进行了编号，获取到了像素型多阳极半导体探测器编号信息和阳极像素编号信息，因此，本实施例在得到有效事例之后，先根据有效事例中各个阴极电子学通道的信号采集情况，结合像素型多阳极半导体探测器编号信息，确定被击中的像素型多阳极半导体探测器，即从像素型多阳极半导体探测器阵列的所有像素型多阳极半导体探测器中，寻找出哪一个像素型多阳极半导体探测器被击中了。再根据被击中的像素型多阳极半导体探测器的阳极电子学通道的信号采集情况，结合阳极像素编号信息，确定被击中的像素型多阳极半导体探测器中被击中的阳极像素的具体位置，即在被击中的像素型多阳极半导体探测器中的所有阳极像素中，进一步确定哪一个或哪几个阳极像素被击中了。

[0079] 例如，当第p路阴极电子学通道和第q1，q2路阳极电子学通道同时采集到信号，可以判断出射线击中第p个像素型多阳极半导体探测器中的编号为q1，q2的两个阳极像素，即阳极探测单元，其中，p=1，2，…，N；q1=1，2，…，M；q2=1，2，…，M。

[0080] 本实施例中，由于各个阳极像素的编号反映的是其在整个探测装置中的二维几何位置，因此，一旦确定了射线击中的阳极像素及其编号，也就确定了射线与像素型多阳极半导体探测器发生作用的具体位置，进而可以对射线源进行成像，在射线探测领域有广泛应用。

[0081] 为了使本申请技术方案的实施过程更加清楚，下面以像素型碲锌镉探测器为例进行举例说明。

[0082] 本实施例中，所述像素型多阳极半导体探测器可以是像素型碲锌镉（Cadmium Zinc Telluride，CZT）探测器，还可以是其它的像素型多阳极半导体探测器。

[0083] 本实施例中，所述像素型多阳极半导体探测器阵列可以有4个像素型碲锌镉探测器，并且，每一个像素型碲锌镉探测器可以包括100个阳极像素和1个阴极。

[0084] 本实施例选用像素型碲锌镉探测器，如图5所示，单个的像素型碲锌镉探测器由100个阳极像素（即M=100）和1个阴极构成。如图6所示，整个探测装置的像素型多阳极半导体探测器阵列，是由4个像素型碲锌镉探测器（即N=4）构成的像素型碲锌镉探测器阵列结构。每个像素型碲锌镉探测器被射线击中后产生的电子‑空穴对，都由击中位置对应的阳极像素和阴极收集，每个阳极像素或阴极均是一个探测单元。本实施例，将4个像素型碲锌镉探测器按照从左到右和从上到下的顺序依次编号为1，2，3，4，如图6所示。

[0085] 如图7所示，本实施例将每个像素型碲锌镉探测器的阴极读出到对应的阴极电子学通道，共需要4路阴极电子学通道。将每个像素型碲锌镉探测器上的100个阳极像素按照从左到右和从上到下的顺序依次进行选取，每次选取1个阳极像素。将每次选取的4个像素型碲锌镉探测器上的4个阳极像素记为一组，编号为第i组，合并读出到一路阳极电子学通道，其中，i=1，2，…，100，共需要100路阳极电子学通道。

[0086] 本实施例中，由于通常情况下射线只会击中一个像素型碲锌镉探测器，同时击中多个像素型碲锌镉探测器的概率很低。同时，这类事例对射线探测的影响很小，可以直接舍弃，即如果有一个事例使多路阴极电子学通道同时采集到信号，则舍弃这一事例，从而保证剩下的事例均是有效事例。

[0087] 本实施例中，根据射线击中位置和产生电子‑空穴对的能量不同，像素型碲锌镉探测器阵列会有一个阳极像素被击中或几个相邻阳极像素被击中的情况。根据电子学通道测量得到的信号采集情况，可以快速推算实际被击中的像素型碲锌镉探测器和被击中的阳极像素的编号。如图8所示，当只有一路阴极电子学通道和一路阳极电子学通道采集到信号时，分别记为p和q，则表示第p个像素型碲锌镉探测器中编号为q的阳极像素被击中了，其中p=1，2，3，4，q=1，2,…，100。如图9所示，当只有一路阴极电子学通道（记为p）采集到信号，两路阳极电子学通道(记为q1，q2且q1，q2=1，2，…，100)同时采集到信号时，则表示第p个像素型碲锌镉探测器中编号为q1、q2的两个阳极像素同时被击中了。当有多路阴极电子学通道同时采集到信号时，则舍弃该无效事例。

[0088] 现有的基于像素型多阳极半导体探测器的射线探测装置主要是通过增加探测器的数量，从而增大探测面积，实现高探测效率；通过减小每个探测器的阳极像素尺寸，使位置测量更精确，实现高位置分辨。这会使阳极探测单元数量大幅度增加。由于每个像素型多阳极半导体探测器的阴极只有一个，而阳极数量远多于阴极，因此解决探测单元数量增加问题的难点在阳极。假设基于像素型多阳极半导体探测器的射线探测装置包含N个像素型多阳极半导体探测器，每个像素型多阳极半导体探测器有M个阳极像素。一般每个阳极像素都需要一路电子学通道单独读出，总共需要M×N路阳极电子学通道。

[0089] 本实施例从每个像素型多阳极半导体探测器中选择出一个阳极接入同一路阳极电子学通道，只需要M路阳极电子学通道，实现了从M×N路阳极电子学通道进行读出到只需要M路阳极电子学通道进行读出之间的转变，有效减少了电子学通道的数量。因此，即使像素型多阳极半导体探测器的数量增加，所需的阳极电子学通道数量还是不变，其并不取决于像素型多阳极半导体探测器的数量，而是取决于单个像素型多阳极半导体探测器中阳极像素的数量，所以像素型多阳极半导体探测器的数量增加不会影响阳极电子学通道数量，可以有效减小探测器的阳极像素尺寸，本实施例所需的阳极电子学通道数量也只是常规读出方法的1/N，可以在保持探测效率和位置分辨基本不变的前提下，大幅度减少读出所有探测单元所需的电子学通道数量，从而降低电子学系统的复杂度，降低功耗和成本。

[0090] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，包括对探测器的种类、数量或阵列结构加以变化，或对编号方式进行非创造性的更改，以及等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0091] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0092] 本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。