TW201936122A - 內窺鏡 - Google Patents

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Abstract

本文所公開的是一種內窺鏡，包括：***管；輻射檢測器，配置成檢測第一能量範圍中的輻射微粒和第二能量範圍中的輻射微粒。

Description

內窺鏡
本文的本公開涉及內窺鏡，具體來說涉及包括輻射檢測器的內窺鏡。
內窺鏡是管狀醫療儀器，其用來通過經過小切口或者體內的開口(例如口腔)***來檢查人體內部或內部器官。它可用來檢查、診斷或者幫助手術。通過附連照相裝置和其他附件(例如鉗狀骨針和剪刀)，內窺鏡可允許外科醫生對人體的內部器官和血管進行查看或手術。內窺鏡的示例包括膀胱鏡、腎鏡、支氣管鏡、關節鏡、結腸鏡和腹腔鏡等。
輻射螢光是特性螢光輻射從材料的發射，其通過例如暴露於高能X射線或伽馬射線來激發。如果原子暴露於具有比電子的電離勢要大的光子能的X射線或伽馬射線，則原子的內層軌道上的電子被逐出，從而留下內層軌道上的空位。當原子的外層軌道上的電子鬆弛以填充內層軌道上的空位時，發射輻射。所發射輻射具有等於外層軌道與內層軌道電子之間的能量差的光子能。
對於給定原子，可能弛豫的數量受到限制。如圖1A所示，當L軌道上的電子鬆弛以填充K軌道(L→K)上的空位時，螢光輻射稱作K α。來自M→K弛豫的螢光輻射稱作K β。如圖1B所示，來自M→L弛豫的螢光輻射稱作L α，依此類推。
半導體輻射檢測器能夠將輻射直接轉換為電信號。半導體輻射檢測器可包括半導體層，其吸收感興趣波長中的輻射。當輻射微粒在半導體層中被吸收時， 生成多個載荷子(例如電子和空穴)，其數量與輻射的能量成比例。如本文所使用的術語“載荷子”、“電荷”和“載流子”可互換地使用。載荷子由電路來收集和計數，以確定輻射的能量，並且該過程對下一個入射輻射重複進行。光譜可通過對作為其能量的函數的所檢測輻射的數量進行計數來編制。
分析螢光輻射譜能夠識別樣本中的元素，因為每個元素具有特性能量的軌道。每個特性能量峰值的強度與樣本中的每個元素量直接相關。
本文所公開的是一種內窺鏡，包括：***管；輻射檢測器，配置成檢測第一能量範圍中的輻射微粒和第二能量範圍中的輻射微粒。
按照實施例，輻射微粒是X射線光子。
按照實施例，輻射微粒通過人的組織的螢光來發射。
按照實施例，組織是血管。
按照實施例，輻射檢測器配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數。
按照實施例，輻射檢測器配置成基於第一能量範圍中的輻射微粒的強度和第二能量範圍中的輻射微粒的強度來確定化學元素的存在。
按照實施例，化學元素是鈣。
按照實施例，輻射檢測器配置成確定入射到輻射檢測器上的輻射微粒的光譜。
按照實施例，輻射檢測器包括多個像素，其中，像素的每個配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數； 並且輻射檢測器配置成確定全部像素所計數的相同能量範圍的格的輻射微粒的數量之和。
按照實施例，像素配置成對相同時間週期之內的X射線光子的數量進行計數。
按照實施例，像素的每個包括模數轉換器(ADC)，其配置成將表示入射輻射微粒的能量的模擬信號數位化為數字信號。
按照實施例，像素配置成並行地操作。
按照實施例，ADC是逐次近似寄存器(SAR)ADC。
按照實施例，輻射檢測器包括：輻射吸收層，包括電氣觸點；第一電壓比較器，配置成將電氣觸點的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將電壓與第二閾值進行比較；多個計數器，其各自與格關聯，並且配置成記錄輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量，其中輻射微粒的能量落入格中；控制器；其中，控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；其中控制器配置成確定輻射微粒的能量是否落入格中；控制器配置成使與格關聯的計數器所記錄的數值增加一。
按照實施例，內窺鏡還包括電容器模組，其電連接到電氣觸點，其中電容器模組配置成收集來自電氣觸點的載荷子。
按照實施例，控制器配置成在時間延遲開始或到期時啟動第二電壓比較器。
按照實施例，控制器配置成將電氣觸點連接到電接地。
按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為零。
按照實施例，輻射吸收層包括二極體。
按照實施例，輻射吸收層包括矽或鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。
按照實施例，輻射檢測器沒有包括閃爍器。
本文所公開的是一種系統，包括本文所述內窺鏡以及輻射源。
本文所公開的是一種方法，包括：將本文所述內窺鏡***人體組織(例如血管)中；使用輻射檢測器來檢測第一能量範圍中的輻射的強度和第二能量範圍中的輻射的強度；基於第一能量範圍中的輻射的強度和第二能量範圍中的輻射的強度來確定人體中的化學元素的存在。
100‧‧‧包封輻射檢測器
100A‧‧‧全局計數器
100B‧‧‧全局計數器
100C‧‧‧全局計數器
101‧‧‧內窺鏡
102‧‧‧***管
103‧‧‧信號電纜
104‧‧‧控制單元
110‧‧‧輻射吸收層
111‧‧‧第一摻雜區
112‧‧‧本征區
113‧‧‧第二摻雜區
114‧‧‧分立區
119A‧‧‧電氣觸點
119B‧‧‧電氣觸點
120‧‧‧電子層
121‧‧‧電子系統
130‧‧‧填充材料
131‧‧‧通孔
150‧‧‧像素
151‧‧‧輻射微粒的能量
152‧‧‧步驟
153A‧‧‧格
153B‧‧‧格
153C‧‧‧格
301‧‧‧第一電壓比較器
302‧‧‧第二電壓比較器
305‧‧‧開關
306‧‧‧ADC
309‧‧‧電容器模組
310‧‧‧控制器
320‧‧‧計數器
320A‧‧‧計數器
320B‧‧‧計數器
320C‧‧‧計數器
320D‧‧‧計數器
701‧‧‧步驟
702‧‧‧步驟
703‧‧‧步驟
1601‧‧‧輻射源
1602‧‧‧人體
RST‧‧‧復位期
t0、t1、t2、te、tm、ts、tr‧‧‧時間
TD1‧‧‧時間延遲
V1‧‧‧第一閾值
V2‧‧‧第二閾值
圖1A和圖1B示意示出輻射螢光的機制。
圖2示意示出按照實施例、其中包封輻射檢測器的內窺鏡的截面圖。
圖3示意示出按照實施例的輻射檢測器及其多個像素的頂視圖。
圖4A示意示出按照實施例的輻射檢測器的框圖。
圖4B示意示出輻射檢測器的詳細截面圖。
圖4C示意示出輻射檢測器的備選詳細截面圖。
圖5A和圖5B各示意示出按照實施例的輻射檢測器的電子系統的組件圖。
圖6示意示出入射到與電氣觸點關聯的像素上的輻射光子所生成的載荷子所引起的流經電氣觸點的電流的時間變化(上曲線)以及電氣觸點的電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖7示出按照實施例、具有輻射檢測器的內窺鏡的應用的示例流程圖。
圖8示意示出包括本文所述輻射檢測器的人體組織(即，血管)掃描內窺鏡。
圖2示意示出按照實施例、其中包封輻射檢測器100的內窺鏡101的截面圖。內窺鏡101可包括：***管102，其可以是剛性或柔性的；信號電纜103；以及控制單元104，其可配置成接收或傳送信號，或者控制***管102的移動。 ***管102可具有極小直徑(例如小於1mm)，其適合於***人體或組織(例如血管)中。***管102可由對感興趣輻射是透明的材料來製成，並且可在內部封裝輻射檢測器100。輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子層120(例如ASIC)，以用於處理或分析入射輻射在輻射吸收層110中生成的電信號。輻射吸收層110可包括半導體材料，例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。半導體對感興趣輻射能量可具有高質量衰減係數。
按照實施例，內窺鏡101的輻射檢測器100配置成在內窺鏡101處於人體內部的同時收集來自人體組織的輻射螢光的輻射微粒。輻射微粒可以是X射線光子。內窺鏡101可***人體血管中，並且用來通過分析輻射檢測器100所收集的X射線光子能譜來確定化學元素(例如Ca)的存在。例如，內窺鏡可用來通過確定鈣的存在和濃度來查找局部鈣化。輻射檢測器100配置成對於因第一能量範圍(即，K α光子能量峰值)中的輻射螢光而從鈣所發射的X射線光子進行檢測和計數，並且對於從第二能量範圍(即，K β光子能量峰值)中的鈣所發射的X射線光子進行檢測和計數。
圖3示意示出按照實施例的輻射檢測器100的頂視圖。輻射檢測器100可具有像素150的陣列。陣列可以是矩形陣列、蜂窩陣列、六邊形陣列或者任何其他適當陣列。每個像素150配置成檢測入射到其上的輻射光子，並且測量輻射微粒的能量。例如，每個像素150配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數。全部像素150可配置成對相同時間週期之內在能量的多個格內入射到其上的輻射微粒的數量進行計數。每個像素150可具有其自己的模數轉換器(ADC)，其配置成將表示入射輻射微粒的能量的模擬信號數位化為數字信號。對於XRF應用，具有10位解析度或更高的ADC是有用的。每個像素150可配置成例如在入射到其上的每個輻射微粒之前 或併發地測量其暗電流。每個像素150可配置成從入射到其上的輻射微粒的能量來推斷暗電流的份額。像素150可配置成並行地操作。例如，當一個像素150測量入射輻射微粒時，另一個像素150可等待輻射微粒到達。像素150可以不必是單獨可尋址的。
由於內窺鏡101的***管102的小尺寸，輻射檢測器100可具有單個像素或者幾個像素150(例如2或4個)的陣列。輻射檢測器100可配置成相加全部像素150所計數的相同能量範圍的格的輻射微粒的數量。例如，輻射檢測器100可相加從70KeV至71KeV的能量的格中存儲的像素150的數量，相加從71KeV至72KeV的能量的格中存儲的像素150的數量，依此類推。輻射檢測器100可將格的相加數量編制為入射到輻射檢測器100上的輻射微粒的光譜。
圖4A示意示出按照實施例的輻射檢測器100的框圖。每個像素150可測量入射到其上的輻射微粒的能量151。輻射微粒的能量151在步驟152(例如由ADC)數位化到多個格153A、153B、153C...其中之一中。格153A、153B、153C...各自分別具有對應計數器154A、154B和154C。當能量151被分配到格中時，對應計數器中存儲的數值增加一。輻射檢測器100可相加與像素150中的相同能量範圍的格對應的全部計數器中存儲的數量。例如，全部像素150中的全部計數器154C中存儲的數量可在相同能量範圍的全局計數器100C中相加和存儲。全部全局計數器中存儲的數量可編制為入射到輻射檢測器100上的輻射的能譜。
如圖4B中的輻射檢測器100的詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括一個或多個二極體(例如p-i-n或p-n)，其通過第一摻雜區111以及第二摻雜區113的一個或多個分立區114所形成。第二摻雜區113可通過可選本征區112與第一摻雜區111分隔。分立區114通過第一摻雜區111或本征區112相互分隔。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111 為p型，而區域113為n型，或者區域111為n型，而區域113為p型)。在圖4B的示例中，第二摻雜區113的分立區114的每個形成具有第一摻雜區111和可選本征區112的二極體。即，在圖4B的示例中，輻射吸收層110具有多個二極體，其具有作為共用電極的第一摻雜區111。第一摻雜區111還可具有分立部分。
當輻射微粒照射輻射吸收層110(其包括二極體)時，輻射微粒可被吸收，並且通過多個機制來生成一個或多個載荷子。輻射微粒可生成10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到二極體之一的電極。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B可包括分立部分，其每個與分立區114進行電接觸。在實施例中，載荷子可沿方向漂移，使得單個輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有由兩個不同分立區114所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立區114中與載荷子的其餘部分不同的分立區114)。通過在這些分立區114之一的佔用面積周圍入射的輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有與這些分立區114的另一個共用。與分立區114關聯的像素150可以是分立區114周圍的一個區域，其中入射到其上的X射線光子所生成的基本上全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到分立區114。即，這些載荷子的不到2%、不到1%、不到0.1%或者不到0.01流動到像素之外。
如圖4C的輻射檢測器100的備選詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括半導體材料(例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合)的電阻器，但是沒有包括二極體。半導體對感興趣輻射能量可具有高質量衰減係數。
當輻射微粒照射輻射吸收層110(其包括電阻器但沒有包括二極體)時，它可被吸收，並且通過多個機制來生成一個或多個載荷子。輻射微粒可生成10至 100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到電氣觸點119A和119B。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B包括分立部分。在實施例中，載荷子可沿方向漂移，使得單個輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有由電氣觸點119B的兩個不同分立部分所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立部分中與載荷子的其餘部分不同的分立部分)。通過在電氣觸點119B的這些分立部分之一的佔用面積周圍入射的輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有與電氣觸點119B的這些分立部分的另一個共用。與電氣觸點119B的分立部分關聯的像素150可以是分立部分周圍的一個區域，其中入射到其上的輻射微粒所生成的基本上全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到電氣觸點119B的分立部分。即，這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01流動到與電氣觸點119B的一個分立部分關聯的像素之外。
電子層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋入射到輻射吸收層110上的輻射微粒所生成的信號。電子系統121可包括模擬電路(例如濾波器網路、放大器、積分器和比較器)或者數字電路(例如微處理器和記憶體)。電子系統121可包括像素所共用的組件或者專用於單個像素的組件。例如，電子系統121可包括專用於每個像素的放大器以及在全部像素之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到像素。通孔之間的空間可填充有填充材料130，其可增加電子層120到輻射吸收層110的連接的機械穩定性。將電子系統121連接到像素而沒有使用通孔的其他接合技術是可能的。
圖5A和圖5B各示出按照實施例的電子系統121的組件圖。電子系統121可包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、多個計數器320(包括計數器320A、320B、320C、320D...)、開關305、ADC 306和控制器310。
第一電壓比較器301配置成將電氣觸點119B的分立部分的電壓與第一閾值進行比較。第一電壓比較器301可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點的電流求積分來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制器310可控地啟動或停用。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可配置成連續被啟動，並且連續監測電壓。配置為連續比較器的第一電壓比較器301降低系統121缺失入射輻射微粒所生成的信號的機會。當入射輻射強度較高時，配置為連續比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一電壓比較器301可以是定時比較器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置為定時比較器的電壓比較器301可能使系統121缺失一些入射輻射微粒所生成的信號。當入射輻射強度較低時，缺失入射輻射微粒的機會較低，因為兩個連續光子之間的時間間隔較長。因此，當入射輻射強度較低時，配置為定時比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一閾值可以是一個入射輻射微粒可在電氣觸點119B上生成的最大電壓的1-5%、5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射輻射微粒的能量(即，入射輻射的波長)、輻射吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二電壓比較器302配置成將電壓與第二閾值進行比較。第二電壓比較器302可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點的電流求積分來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可由控制器310可控地啟動或停用。當停用第二電壓比較器302時，第二電壓比較器302的功率消耗可小於啟動第二電壓比較器302時的功率消耗的1%、5%、10%或20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文所使 用的術語實數x的“絕對值”或“模量”|x|是x的非負值，而不考 慮其符號。即，。第二閾值可以是第一閾值的 200%-300%。例如，第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器310可以是同一組件。即，系統121可具有一個電壓比較器，其能夠在不同時間將電壓與兩個不同閾值進行比較。
第一電壓比較器301或者第二電壓比較器302可包括一個或多個op-amp或者任何其他適當電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可具有高速度，以允許系統121在入射輻射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗為代價。
計數器320可以是軟體組件(例如電腦記憶體中存儲的數值)或硬體組件(例如4017 Ic和7490 IC)。每個計數器320與能量範圍的格關聯。例如，計數器320A可與70-71KeV的格關聯，計數器320B可與71-72KeV的格關聯，計數器320C可與72-73KeV的格關聯，計數器320D可與73-74KeV的格關聯。當入射輻射微粒的能量由ADC 306來確定為處於計數器320所關聯的格中時，計數器320中記錄的數值增加一。
控制器310可以是硬體組件，例如微控制器或者微處理器。控制器310配置成從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從低於第一閾值的絕對值增加到等於或高於第一閾值的絕對值的值)的時間開始時間延遲。在這裏使用絕對值，因為電壓可以為負或正，這取決於是二極體的陰極還是陽極的電壓或者使用哪一個電氣觸點。控制器310可配置成在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間之前保持停用第一電壓比較器301的操作不要求的第二電壓比較器 302、計數器320和任何其他電路。時間延遲可在電壓變穩定、即電壓的變化率基本上為零之後到期。詞語“變化率基本上為零”表示時間變化小於0.1%/ns。詞語“變化率基本上為非零”表示電壓的時間變化至少為0.1%/ns。
控制器310可配置成在該時間延遲期間(包括開始和到期)啟動第二電壓比較器。在實施例中，控制器310配置成在時間延遲開始時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”表示使組件進入操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過提供電力等)。術語“停用”表示使組件進入非操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過切斷電力等)。操作狀態可具有比非操作狀態要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可停用，直到第一電壓比較器301的輸出在電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值時啟動控制器310。
控制器310可配置成在時間延遲期間、第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值並且輻射微粒的能量落入與計數器320關聯的格中時，使計數器320之一所記錄的數值增加一。
控制器310可配置成在時間延遲到期時使ADC 306數位化電壓，並且基於電壓來確定輻射微粒的能量落入哪一格。
控制器310可配置成將電氣觸點119B連接到電接地，以便重置電壓，並且排放電氣觸點119B上累積的任何載荷子。在實施例中，電氣觸點119B在時間延遲到期之後連接到電接地。在實施例中，電氣觸點119B對有限重置時間週期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305將電氣觸點119B連接到電接地。開關可以是電晶體(例如場效應電晶體(FET))。
在實施例中，系統121沒有模擬濾波器網路(例如RC網路)。在實施例中，系統121沒有模擬電路。
ADC 306可將所測量的電壓作為模擬或數字信號來饋送給控制器310。ADC可以是逐次近似寄存器(SAR)ADC(又稱作逐次近似ADC)。SAR ADC在最終會聚於模擬信號的數字輸出之前經由經過全部可能的量化電平的二進位搜索來數位化模擬信號。SAR ADC可具有四個主要子電路：取樣和保持電路，獲取輸入電壓(Vin)；內部數模轉換器(DAC)，配置成為模擬電壓比較器供應等於逐次近似寄存器(SAR)的數字代碼輸出的模擬電壓；模擬電壓比較器，其將Vin與內部DAC的輸出進行比較，並且向SAR輸出比較結果；以及SAR，配置成向內部DAC供應Vin的近似數字代碼。SAR可初始化，使得最高有效位(MSB)等於數字1。這個代碼被饋入內部DAC，其然後將這個數字代碼(Vref/2)的模擬等效體提供到比較器中供與Vin的比較。如果這個模擬電壓超過Vin，則比較器使SAR重置這個位；否則此位保持為1。然後，SAR的下一位設置為1，並且進行相同測試，從而繼續進行這個二進位搜索，直到測試SAR中的每一位。所產生代碼是Vin的數字近似，並且最終由SAR在數位化結束時輸出。
系統121可包括電容器模組309，其電連接到電氣觸點119B，其中電容器模組配置成收集來自電氣觸點119B的載荷子。電容器模組能夠包括放大器的回饋路徑中的電容器。這樣配置的放大器稱作電容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通過阻止放大器飽和而具有高動態範圍，並且通過限制信號路徑中的帶寬來改進信噪比。來自電極的載荷子對某個時間週期(“積分週期”)(例如，如圖6所示，在tS與t0之間)在電容器上累積。在積分週期已經到期之後，電容器電壓由ADC 306來取樣，並且然後通過複位開關來複位。電容器模組309能夠包括直接連接到電氣觸點119B的電容器。
圖6示意示出入射到與電氣觸點119B關聯的像素150上的輻射微粒所生成的載荷子所引起的流經電氣觸點119B的電流的時間變化(上曲線)以及電氣觸點 119B的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流相對時間的積分。在時間t0，輻射微粒照射二極體或電阻器，載荷子在像素150中生成，電流開始流經電氣觸點119B，並且電氣觸點119B的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值V1的絕對值，以及控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。如果在t1之前停用控制器310，則在t1啟動控制器310。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裏所使用的術語在時間延遲“期間”表示開始和到期(即，結束)以及它們之間的任何時間。例如，控制器310可在TD1到期時啟動第二電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302確定電壓的絕對值在時間t2等於或超過第二閾值的絕對值，則控制器310等待電壓的穩定開始穩定。當輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110時，電壓在時間te穩定。在時間ts，時間延遲TD1到期。在時間te或之後，控制器310使ADC 306數位化電壓，並且確定輻射微粒的能量落入哪一格。控制器310然後使與格對應的計數器320所記錄的數值增加一。在圖6的示例中，時間ts在時間te之後；即，TD1在輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110之後到期。如果時間te不能容易地測量，則TD1能夠憑經驗來選擇成允許充分時間收集輻射微粒所生成的基本上全部載荷子，但是不會過長而冒具有另一個入射輻射微粒的風險。即，TD1能夠憑經驗選擇成使得ts憑經驗在時間te之後。時間ts不一定在時間te之後，因為控制器310可在達到V2時則忽視TD1，並且等待時間te。電壓與暗電流對電壓的份額之間的差的變化率因而在te基本上為零。控制器310可配置成在TD1到期時或者在t2或者它們之間的任何時間停用第二電壓比較器302。
在時間te的電壓與輻射微粒所生成的載荷子量(其涉及輻射微粒的能量)成比例。控制器310可配置成基於ADC 306的輸出來確定輻射微粒的能量落入哪一格。
在TD1到期或者ADC 306進行的數位化(更遲的無論哪一個)之後，控制器310對複位週期RST將電氣觸點119B連接到電接地，以允許電氣觸點119B上累積的載荷子流動到接地，並且重置電壓。在RST之後，系統121準備好檢測另一個入射輻射微粒。隱含地，系統121能夠在圖6的示例中所操控的入射輻射微粒的速率通過1/(TD1+RST)來限制。如果第一電壓比較器301已經停用，則控制器310能夠在RST到期之前的任何時間將它啟動。如果控制器310已經停用，則它可在RST到期之前被啟動。
因為輻射檢測器100具有可並行操作的若干像素150，所以輻射檢測器能夠操控入射輻射微粒的高許多的速率。這是因為特定像素150上的入射速率是像素的整個陣列上的入射速率的1/N，其中N為像素的數量。
圖7示出按照實施例、使用具有輻射檢測器100的內窺鏡101的示例流程圖。在步驟701，內窺鏡101***人體中。在步驟702，使用輻射檢測器100來檢測第一能量範圍中的輻射的強度和第二能量範圍中的輻射的強度。由於組織暴露於來自人體外部的輻射，輻射可因輻射螢光而從人體內部的組織(例如血管)來發射。在步驟703，人體中的化學(例如Ca)的存在基於強度來確定。例如，第一能量範圍可包含鈣的K α發射峰值，以及第二能量範圍可包含鈣的K β發射峰值。如果強度具有與來自鈣的X射線螢光的比率特性，則可確定輻射檢測器100附近的鈣的存在。
圖8示意示出包括上述內窺鏡101以及輻射源1601的系統。輻射源1601可配置成引起人體1602中的組織的輻射螢光。該系統可用於檢測和確定血管內部的鈣化的濃度。輻射源1601可配置成發射X射線或伽馬射線。
雖然本文公開了各個方面和實施例，但是其他方面和實施例將是本領域的技術人員清楚知道的。本文所公開的各個方面和實施例是為了便於說明而不是要進行限制，其中真實範圍和精神通過以下權利要求書來指示。

Claims (23)

  1. 一種內窺鏡，包括：***管；輻射檢測器，配置成檢測第一能量範圍中的輻射微粒和第二能量範圍中的輻射微粒。
  2. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射微粒是X射線光子。
  3. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射微粒通過人的組織的螢光來發射。
  4. 如申請專利範圍第3項之內窺鏡，其中，所述組織是血管。
  5. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數。
  6. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器配置成基於所述第一能量範圍中的所述輻射微粒的強度和所述第二能量範圍中的所述輻射微粒的強度來確定化學元素的存在。
  7. 如申請專利範圍第6項之內窺鏡，其中，所述化學元素是鈣。
  8. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器配置成確定入射到所述輻射檢測器上的所述輻射微粒的光譜。
  9. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器包括多個像素，其中，所述像素的每個配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數；並且所述輻射檢測器配置成確定全部所述像素所計數的相同能量範圍的所述格的輻射微粒的所述數量之和。
  10. 如申請專利範圍第9項之內窺鏡，其中，所述像素配置成對相同時間週期之內的X射線光子的所述數量進行計數。
  11. 如申請專利範圍第9項之內窺鏡，其中，所述條帶像素的每個包括模數轉換器(ADC)，其配置成將表示入射輻射微粒的所述能量的模擬信號數位化為數字信號。
  12. 如申請專利範圍第9項之內窺鏡，其中，所述像素配置成並行地操作。
  13. 如申請專利範圍第11項之內窺鏡，其中，所述ADC是逐次近似寄存器(SAR)ADC。
  14. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器包括：輻射吸收層，包括電氣觸點；第一電壓比較器，配置成將所述電氣觸點的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將所述電壓與第二閾值進行比較；控制器；多個計數器，各與格關聯，並且配置成記錄所述輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量，其中所述輻射微粒的所述能量落入所述格中；其中所述控制器配置成從所述電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；所述控制器配置成確定輻射微粒的能量是否落入所述格中；所述控制器配置成使與所述格關聯的所述計數器所記錄的所述數值增加一。
  15. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，還包括電容器模組，其電連接到所述電氣觸點，其中所述電容器模組配置成收集來自所述電氣觸點的載荷子。
  16. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，其中，所述控制器配置成在所述時間延遲開始或到期時啟動所述第二電壓比較器。
  17. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，其中，所述控制器配置成將所述電氣觸點連接到電接地。
  18. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，其中，所述電壓的變化率在所述時間延遲到期時基本上為零。
  19. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，其中，所述輻射吸收層包括二極體。
  20. 如申請專利範圍第14項之內窺鏡，其中，所述輻射吸收層包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。
  21. 如申請專利範圍第1項之內窺鏡，其中，所述輻射檢測器沒有包括閃爍器。
  22. 一種包括如申請專利範圍第1項之內窺鏡以及輻射源的系統。
  23. 一種方法，包括：將如申請專利範圍第1項之內窺鏡***人體中；使用所述輻射檢測器來檢測第一能量範圍中的輻射的強度和第二能量範圍中的輻射的強度；基於所述第一能量範圍中的輻射的所述強度和所述第二能量範圍中的輻射的所述強度來確定所述人體中的化學元素的存在。
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