对来自放射性药物的带电粒子的直接探测和成像的制作方法

本公开涉及带电粒子的探测。具体而言，本公开涉及用于对从放射性药物发射的带电粒子(诸如电子或正电子)的体内或离体(exvivo)探测和/或成像的装置、设备、方法和系统。

背景

放射性药物(也称为医用放射性化合物)是通常用作诊断和治疗剂的一组放射性药物。出于某些诊断或临床原因(诸如对于放射性引导的外科手术)，可以在外科手术之前给受试者施用放射性药物，放射性药物被设计成定位受试者体内的异常组织(诸如肿瘤)，并发射可由专门的探测装置探测到的辐射。在一些情况下，可以在外科手术期间从受试者身上切除组织样本，并且可以针对辐射分析该组织样本，以便例如确定是否已经从受试者身上切除了整个肿瘤。在其他情况下(诸如在微创或腹腔镜外科手术中)，腹腔镜探针通过套管针(trocar)插入到受试者体内的切口中，并且腹腔镜探针的探针头中的专用探测装置可用于将外科医生引导向受试者体内的异常组织，之后治疗/切除异常组织。

许多放射性药物以载流子的形式(例如以电子或正电子的形式)发射辐射。例如，许多放射性药物发射贝塔辐射。通常使用闪烁体(scintillator)和光电探测器(photodetector)来实现对来自放射性药物的带电粒子的探测或成像。闪烁体是响应于电离辐射而显示闪烁(发光)的材料；当被带电粒子冲击时，闪烁体吸收带电粒子的能量，并以光的形式重新发射能量。用于来自放射性药物的带电粒子的常规探测设备以以下方式来操作：使用光电探测器探测响应于接收到的辐射而从闪烁体发射的光。

然而，这种使用闪烁体和光电探测器对来自放射性药物的带电粒子成像的常规方法对于关注的粒子具有低效率和低特异性。例如，伽马粒子也可能导致闪烁体闪烁。另外，这种常规方法需要设计在闪烁体和光电探测器之间的接口，这增加了信号损失。此外，闪烁体中光子的额外散射过程导致分辨率的损失。

本公开提供了解决诸如上述那些问题的解决方案。

概述

根据本发明的一个方面，提供了一种探测设备，该探测设备用于探测来自施用于受试者的放射性药物的辐射。该探测设备包括辐射传感器，该辐射传感器具有提供像素阵列的多个金属氧化物半导体(mos)部件。mos部件的半导体被配置用于响应于与接收的从放射性药物发射的带电粒子的直接相互作用而在半导体的耗尽层中产生相互作用载流子。探测设备还包括光密封覆盖物，该光密封覆盖物被布置成防止光冲击到像素阵列上。

本文描述的辐射传感器是能够探测电离粒子(例如，电子或正电子)并且能够向用户提供所述粒子的一个或更多个属性(诸如辐射源的能量、强度或位置)的指示的传感器。辐射传感器可以提供诸如辐射存在与否的信息。

与使用常规闪烁体和光电探测器的组合来探测带电粒子相比，使用辐射传感器(诸如本文描述的用于探测来自放射性药物的带电粒子的辐射传感器)有利地考虑到了关注的粒子的更大的特异性。一些放射性药物发射低水平的伽马辐射和贝塔辐射，以及人体内的正电子湮没也可能导致伽马辐射噪声。然而，具有与这种噪声相关联的波长的伽马辐射很可能在很大程度上穿过辐射传感器而不与辐射传感器相互作用，且因此在任何测量中捕获的背景噪声被降低。此外，即使当伽马辐射确实与辐射传感器相互作用时，也可以对来自像素阵列的信号(多个信号)施加后处理，以便在很大程度上滤除来自伽马辐射的噪声。

半导体(多个半导体)的耗尽深度有效地确定了辐射传感器的有源部分的厚度。耗尽深度越厚，在带电粒子和传感器之间的潜在相互作用越长。可以针对关注的特定放射性同位素选择辐射传感器，例如通过选择耗尽深度与发射粒子种类的相互作用深度相似或近似相等的辐射传感器。

探测设备可以包括准直器，例如平行孔准直器(parallel-holecollimator)。准直器可以邻近像素阵列布置。准直器可以用于滤除以高于阈值入射角的角度冲击在准直器上的带电粒子。准直器由此可以与光密封覆盖物和辐射传感器协作，以使得辐射传感器能够探测辐射成像效果。准直器可以由塑料形成。

通过提供准直器(诸如平行孔准直器)，当使用探测设备时，人们能够更好地确定辐射源的方向。例如，当分析其中分布有异常组织、结合到至少一些异常组织的放射性药物的组织样本时，平行孔准直器可以滤除冲击在准直器上的带电粒子，除非这些带电粒子从合适的方向接近。以这种方式，探测设备的辐射传感器能够探测辐射成像效果，并因此探测设备的操作者可以能够对放射性药物在组织样本内的分布进行成像。

辐射传感器可以包括图像传感器。例如，探测设备的辐射传感器可以包括互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器/照相机，其被布置成探测带电粒子，但(至少由于光密封覆盖物)不探测光。可以对cmos照相机进行调整，以便能够探测带电粒子，例如通过去除cmos照相机的任何硼硅酸盐窗口(borosilicatewindows)等，这可以防止贝塔射线被感测到。图像传感器可以包括光伏电池，诸如碲化镉(cdte)光伏电池。

探测设备可以以第一模式操作，在第一模式中探测设备被配置成使得辐射传感器能够探测辐射成像效果。探测设备还可以以第二模式操作，在第二模式中探测设备被配置成使得辐射传感器能够探测带电粒子的存在。例如，在第一模式中，探测设备可以操作来确定辐射源的位置，由此可以解释例如对肿瘤的形状和尺寸的确定；在第二模式中，探测设备可以被配置成确定带电粒子的存在与否，以便可以在探测设备以第一模式操作来成像之前，将探测设备的操作者引导向辐射源(例如，在腹腔镜外科手术期间)。探测设备可以包括切换装置，诸如机械或数字开关，用于在第一模式和第二模式之间切换(和/或反之亦然)。

来自放射性药物的带电粒子可以包括电子或正电子。例如，从放射性药物发射的辐射可以包括贝塔辐射。

像素阵列中的像素的尺寸可以使得响应于与从放射性药物接收的带电粒子的相互作用，耗尽层中产生的相互作用载流子可以跨多个像素被探测到。有利的是，通过提供这种像素阵列，人们能够更好地将对一个或更多个带电粒子的探测和噪声(诸如伽马辐射)区分开。

探测设备还可以包括被配置成探测伽马辐射的伽马辐射探测器。探测设备可以被配置成在第一模式和第二模式之间可切换，在第一模式中探测设备被配置成探测带电粒子(诸如贝塔辐射)，在第二模式中探测设备被配置成使用伽马辐射探测器来探测伽马辐射。伽马辐射探测器可以包括闪烁体，该闪烁体被配置成响应于接收到的伽马辐射而闪烁。伽马辐射探测器还可以包括光电探测器，以探测来自闪烁体的闪烁光。光电探测器可以包括硅光电倍增管(sipm)。光电探测器可以包括雪崩光电二极管(apd)。

具有如上描述的辐射传感器和单独的伽马辐射探测器的探测设备可以被用于探测贝塔辐射和伽马辐射。另外，使用伽马辐射探测器获得的知识可用于校正从辐射传感器接收的信息中的一些噪声。

探测设备还可以包括用于与受试者接触的生物相容的护罩(biocompatibleshield)。另外，或者可替换地，光密封覆盖物可以包括用于与受试者接触的生物相容的护罩。生物相容的护罩可以包括例如铝涂覆的聚酯薄膜。生物相容的护罩允许与受试者安全接触。生物相容的护罩可以由例如塑料树脂薄膜(诸如聚四氟乙烯(ptfe)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet))制成。

探测设备还可以包括支座，该支座用于将辐射传感器与受试者隔开预定距离。支座可以是例如基台(abutment)、防护装置、屏障、接触件、缓冲器或衬垫，但不限于这些示例。支座可以被布置成使得辐射传感器与受试者至少总是保持最小距离，以便用于改善对组织的成像。

探测设备还可以包括通信装置，该通信装置用于将辐射传感器对带电粒子的探测传送到计算设备，该计算设备用于处理传送的探测并将该探测以信号发送给用户。通信装置可以包括例如光纤，但是可以采取任何合适的形式。例如，通信装置可以包括用于向计算设备的接收器传送通信的发射器。

探测设备可以包括计算设备，该计算设备包括处理器，该处理器用于处理探测事件并用于将探测以信号发送给用户。处理器还可以被配置成将由带电粒子引起的探测事件与由伽马辐射引起的探测事件区分开。为了将由带电粒子引起的探测事件与由伽马辐射引起的探测事件区分开，处理器可以被配置成接收来自辐射传感器的信号，该信号代表在提供像素阵列的多个mos部件的半导体的耗尽层中产生的相互作用载流子。处理器还可以被配置成确定信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件。处理器还可以被配置成，如果确定探测信号指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器接收到至少一个带电粒子。处理器还可以被配置成，如果确定探测信号未指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器接收到伽马辐射。在一些实施例中，处理器还可以被配置成丢弃由伽马辐射引起的探测事件。

有利的是，通过将计算设备作为探测设备的一部分来提供，所有处理可以由探测设备执行，而不需要另外的计算设备。

辐射传感器可以被选择为使得mos部件的半导体对于特定于放射性药物的带电粒子的能谱具有最佳耗尽层深度。以这种方式，用于探测特定放射性药物的探测设备的特异性得以改善。例如，耗尽层深度可以在三到五纳米之间。

探测设备可以是手持式探测设备。例如，手持式探测设备可以适合于医学专业人员通过将该设备保持在受试者的皮肤处或附近来高效地获得读数。

根据本发明的一个方面，提供了一种腹腔镜探针，该腹腔镜探针包括如本文描述的探测设备。这种腹腔镜探针可用于对已经施用了发射贝塔辐射的放射性药物的受试者进行微创外科手术，并且由于使用这种探测设备的上述益处，腹腔镜(laparoscopicscope)比使用常规闪烁体和光电探测器来探测贝塔辐射的腹腔镜探针更适合于这种放射性引导的腹腔镜外科手术。

腹腔镜探针可以是模块化的。例如，腹腔镜探针的探测设备可以与第二探测设备互换。探测设备的辐射传感器的视场可以不同于第二探测设备的辐射传感器的视场。以这种方式，这种模块化腹腔镜探针可以用于获得多个不同的视图。

腹腔镜探针可以包括用于利用外科手术工具在所述体腔内操纵腹腔镜探针的握把(grip)。握把可以是倾斜的，以便更容易被外科手术工具抓握。握把可以是磁性的，以便更容易被外科手术工具抓握。

根据本发明的一方面，提供了一种抽样(specimen)成像装置。抽样成像装置包括如本文描述的探测设备。抽样成像装置还包括不透光外罩(lighttightenclosure)，在该不透光外罩内组织样本可以被接收在样本位置处，在放射性药物被施用给受试者之后组织样本从受试者身上被切除。

常规上，当切除肿瘤或其他异常组织时，以整个肿瘤的去除为目的，外科医生可能需要决定包含要去除的肿瘤的组织的量。然而，当决定多少组织应该被去除时，在去除尽可能少的组织以试图包围肿瘤而不超出肿瘤的边缘(margin)且不进入健康组织内与去除超过必要的组织以确保整个肿瘤从患者去除然而引起附随的损伤之间存在折衷。去除太多的组织会为患者带来不利的术后影响。在外科手术期间，外科医生常规上将基于经验和所切除的样本的触觉评估来做出判断，以断定足够的组织是否已经被去除以捕获肿瘤的全部。如果外科医生确信所切除的组织足够，则外科医生将封闭切口，结束手术，并将患者送回家进行恢复，同时将组织样本送至病理实验室进行组织学分析。经常发现，异常组织或肿瘤穿透(broach)表面或太靠近所切除的组织样本的表面，以至于不确信整个异常组织/肿瘤已被去除。也就是说，组织学分析暗示，异常或癌性组织可能已经留在患者体内，或者无肿瘤组织朝向组织样本的外部的边缘太小而不保证异常组织或肿瘤的全部已经从患者去除。患者可能需要为了再次手术而被召回，以便去除另外的组织，这对于患者会是令人担忧和不愉快的，并且需要花费另外的时间和人力资源。

然而，本文描述的抽样成像装置可用于在外科手术期间获得快速结果。由于贝塔辐射在组织中在大约1mm的距离衰减，如果在外科手术期间将切除的样本提供给这种抽样成像装置，则抽样成像装置的探测设备可以用于指示异常组织是否正在穿透切除的样本的表面；也就是说，更好地确定是否送病人回家恢复。

抽样成像装置还可以包括至少一个第二辐射传感器，该第二辐射传感器具有与所述辐射传感器的视场不同的视场。以这种方式，可以同时捕获样本的多个视场。第二辐射传感器还可以包括提供像素阵列的多个金属氧化物半导体(mos)部件，该mos部件的半导体被配置用于响应于与接收的从放射性药物发射的带电粒子的直接相互作用而在半导体的耗尽层中产生相互作用载流子。例如，第二辐射传感器可以包括cmos图像传感器。抽样成像装置还可以包括另一个光密封覆盖物，其用于防止光到达第二辐射传感器。

抽样成像装置还可以包括照明源。抽样成像装置还可以包括照相机，该照相机用于在提供给不透光外罩的样本被照射(例如，被照明源照射)时捕获该样本的白光图像。抽样成像装置还可以包括视觉显示器，该视觉显示器被配置成显示样本的白光图像和代表样本中来自放射性药物的带电粒子的图像。通过提供照明源和照相机，样本的白光图像可以被捕获。可选地，由探测设备的辐射传感器捕获的辐射图像效果可以重叠在样本的白光图像上(反之亦然)，以便提供关于异常组织(如果对于辐射传感器可见)位于样本内何处的视觉指示。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用本文描述的探测设备的方法。该方法包括接收来自探测设备的辐射传感器的探测信号，该探测信号代表在提供像素阵列的多个mos部件的半导体的耗尽层中产生的相互作用载流子。该方法还包括确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件。该方法还包括，如果确定探测信号指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器接收到了至少一个或更多个带电粒子。有利的是，这种方法允许人们将对带电粒子的探测与其他噪声区分开。

辐射传感器可以包括图像传感器。接收来自辐射传感器的探测信号可以包括接收来自图像传感器的图像数据，该图像数据代表辐射成像效果。确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件可以包括将接收的图像数据与固定图案(pattern)噪声数据进行比较，以产生校正图像，该固定图案噪声数据是根据使用探测设备收集的多个暗噪声图像的平均值导出的。确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件还可以包括将校正图像的像素的像素值与阈值进行比较，以产生二值图像，其中，二值图像的每个像素的像素值代表校正图像的对应像素的像素值是否高于阈值。确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件还可以包括，对于二值图像的至少一个像素，确定有多少相邻像素具有与该像素相同的值。

该方法还可以包括，如果确定该信号未指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器接收到了伽马辐射。

该方法还可以包括以第一模式运行探测设备和以第二模式运行探测设备，在第一模式中探测设备被配置成使得辐射传感器能够探测辐射成像效果，以及，在第二模式中探测设备被配置成使得辐射传感器能够探测带电粒子的存在。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有存储在其上的可执行指令，当该可执行指令被处理器执行时，使得如本文描述的方法被执行/实行。计算机可读介质可以包括非暂态计算机可读介质。用于执行本文描述的这种方法的计算机程序和/或代码可以在计算机可读介质或其他计算机程序产品上被提供给装置，诸如计算机或其他计算设备。计算机可读介质可以是例如电子、磁、光、电磁、红外、或半导体系统、或者用于数据传输(例如用于通过互联网下载代码)的传播介质。可替代地，计算机可读介质可以采取物理计算机可读介质的形式，诸如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬磁盘、和光盘，诸如cd-rom、cd-r/w或dvd。

根据本发明的一方面，提供了一种计算设备。该计算设备包括存储器，该存储器具有存储在其上的指令，该指令当被处理器执行时使得本文描述的方法被执行/实行。计算设备还可以包括被配置成执行存储在存储器中的指令的处理器。

根据本文给出的教导，本发明所属领域的技术人员将会想到对本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，将要理解的是，本文的公开内容并不限于本文公开的特定实施例。此外，尽管本文提供的描述在元素的某些组合的环境中提供了示例实施例，但是在不脱离本发明的范围的情况下，步骤和/或功能可以由可替代的实施例提供。

附图简述

在下文中参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1a是辐射传感器的图示；

图1b示出了图1a的辐射传感器的电路；

图1c示出了图1a的辐射传感器的像素的电路；

图1d示出了p-n结；

图2是包括本文描述的探测设备的腹腔镜探针的示意图；

图3是包括本文描述的探测设备的抽样成像装置的示意图；

图4是操作本文描述的探测设备的方法的流程图；和

图5是计算设备的框图。

在整个说明书和附图中，相似的参考数字指相似的部分。

详细描述

本发明寻求提供用于探测从施用给受试者的放射性药物发射的带电粒子形式的辐射的改进的方法、系统、装置和设备。虽然下面描述了各种实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且这些实施例的变型很可能落入仅由所附权利要求限定的本发明的范围内。

如上所述，用于探测来自施用给受试者的放射性药物的辐射的常规探测设备包括闪烁体以及光电探测器，该闪烁体用于吸收接收到的辐射的能量并且发射光，该光电探测器用于探测闪烁光并生成电信号以指示探测。然而，如上所述，在设计和使用这种常规探测设备时存在许多困难。

如下面将要讨论的，发明人已经开发了探测设备，以用于探测来自施用给受试者的放射性药物的辐射，特别是带电粒子(诸如电子或正电子)。这些探测设备利用固态辐射传感器，并且特别是半导体固态辐射传感器。

放射性药物是一种可用于诊断或治疗目的且包括结合到分子的放射性同位素的药物。放射性药物将同位素输送到特定的器官、组织或细胞。放射性药物针对它的性质和用途来选择。许多放射性药物在本领域中是已知的，并且用于放射性引导的外科手术和其他程序。放射性核素通常可按它们的衰变模式(即阿尔法衰变、贝塔衰变(电子或正电子)、电子俘获和/或同核异能跃迁)分类。一些贝塔衰变放射性同位素(包括氟-18(¹⁸f)、碳-11(¹¹c)、氮-13(¹³n)、铜-64(⁶⁴cu)、碘-124(¹²⁴i)和镓-68(⁶⁸ga))在放射性衰变期间发射正电子，并且被已知用在正电子发射断层扫描术(pet)成像中。一些贝塔衰变放射性同位素(包括氚(³h)、碳-14(¹⁴c)和硅-35(³⁵s))在放射性衰变期间发射电子。一些放射性药物主要是伽马辐射发射物，但也可能发射带电粒子。例如，锝-99m(^99mtc)是伽马辐射发射物，但是通过内部转换过程发射衰变大约为10％的k、l或m壳层电子。

在实施例中，辐射传感器可以包括互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器，例如将参考图1a至图1d简要描述的cmos有源像素传感器。本领域技术人员将理解的是，尽管本文描述了一种cmos有源像素传感器，但这仅仅是实现本文描述的探测设备的一种方式，并且其他架构和设计也是可能的。可以额外地或可替代地利用其他固态半导体辐射传感器，例如，包括电荷耦合器件(ccd)或硅漂移探测器(sdd)、pin光电二极管等的辐射传感器。

图1a图示了辐射传感器100，在本示例中辐射传感器100包括cmos辐射传感器。辐射传感器100包括多个金属氧化物半导体(mos)部件，该多个金属氧化物半导体(mos)部件提供包括多个像素102的像素阵列。在图1a中，像素阵列包括每行8个像素和每列8个像素，然而技术人员可以理解的是，更多的更少的像素102可以形成这样的像素阵列。

在图1b中示出了cmos辐射传感器100的示例架构，并且图1c示出了传感器100的像素102的电子器件(然而技术人员可以理解的是可以使用其他设计)。在图1b中，仅示出了9个像素(每行3个像素，每列3个像素)，然而技术人员可以理解的是，像素阵列可以包括更多的或更少的像素。每个像素102包括光电二极管108(见图1d)，其至少包括p-n结110。p-n结110包括p型半导体112和n型半导体114之间的边界或界面(interface)。p型半导体112具有过量的空穴(holes)(带正电的准粒子)，而n型半导体114具有过量的电子。在结(junction)处，形成耗尽层/区域116。当在带隙处或带隙附近具有能量的带电粒子穿过p-n结110的耗尽区116时，在耗尽层116中产生相互作用载流子(电子-空穴对)，该相互作用载流子被结的电场分开，并在光电二极管108的电极处被收集。辐射传感器100的mos部件可以具有针对关注的放射性药物发射的载流子的能量的特异性选择的耗尽层116，这将在下面进一步解释。

参考图1c，光电二极管108通过晶体管mrst连接到复位电压vrst。复位控制器(未示出)可以通过栅极rst施加电流来打开和关闭晶体管mrst中的沟道，从而确保光电二极管108端部的电压为vrst。如果光电二极管108暴露于辐射，则读出晶体管msf的沟道受到影响。读出晶体管msf连接到用于放大的电压源vdd。在预定的积分时间(其中光电二极管108可以探测或可以不探测来自放射性药物的辐射)之后，行控制器(未示出)向行104施加电流，并且列106上的电流被探测到。msf的电阻(其反映光电二极管108是否接收到电离辐射)对列106的测量电流有影响。以这种方式，辐射传感器100可以运行。

图2是腹腔镜探针200的示意图，其包括探针头202和用于向计算设备(诸如下面详细描述的计算设备500)报告的连接部分204。在图2所示的特定示例中，腹腔镜探针包括拴系式腹腔镜探针，其中探针头被设计成通过套管针插入到受试者(例如，患者)的体腔中，并且在体腔内可自由移动。因此，在使用中，腹腔镜探针的连接部分204额外地用于拴系探针头通过套管针(未示出)。为此，腹腔镜探针200还包括可展开/可缩回的握把226，其用于在与外科手术工具一起使用时操纵腹腔镜探针200的探针头202。握把可以是倾斜的以提高抓握性，和/或可以是磁性的。

连接部分204可以包括生物相容性壳体228和用于与计算设备(未示出)通信的一个或更多个光纤224。技术人员可以理解的是，可以使用其他腹腔镜探针架构，例如其中连接部分204是刚性的杆状结构。

探针头包括外部壳体212。外部壳体212是生物相容的。

参考附图，辐射传感器100朝向探针头202的探测端定位。辐射传感器100可以包括诸如上面关于图1a-1d所描述的cmos图像传感器。

薄的光密封覆盖物208设置在辐射传感器100的前面(即，位于辐射传感器100和探针头202的探测端之间)。光密封覆盖物208基本上是不透光的，并且被布置成使得在使用中光密封覆盖物防止光冲击到辐射传感器100的像素阵列上，且因此辐射传感器100的假阳性探测事件的数量大大减少。腹腔镜探针200的光密封覆盖物208对来自辐射源的带电粒子是可透过的。例如，光密封覆盖物208可以是薄膜，使得具有足够能量的贝塔辐射可以穿透光密封覆盖物208。图2所示的腹腔镜探针200的外部壳体212也用于防止光到达辐射传感器100。

在光密封覆盖物208的前面(即，位于光密封覆盖物208和探针头202的探测端之间)，定位有准直器206。准直器206是平行孔准直器，其用于滤除以高于阈值入射角的角度冲击在准直器206上的辐射。该阈值入射角由平行孔准直器206的孔的尺寸(即，由孔的面积和深度)限定。以这种方式，准直器206确保只有以不大于阈值入射角的角度接近准直器206的带电粒子才能穿过准直器206的孔，从而被辐射传感器100探测到。因此，腹腔镜探针200形式的探测设备能够更好地确定使用中的辐射源的方向。

探针头202还包括生物相容性支座210，其保持辐射传感器100在使用中离组织表面至少固定的距离。因此，支座210允许辐射传感器100具有更好的成像能力。

辐射传感器100通信地耦合到电路222(辐射传感器100和电路222之间的连接未在图中示出)。电路222被配置成生成用于沿着一个或更多个光纤224传输到计算设备(未示出)的信号。

在图2所示的腹腔镜探针200中，另外还有位于辐射传感器100后面的伽马辐射探测器214(即，辐射传感器100位于伽马辐射探测器214和探针头202的探测端之间)。伽马辐射探测器214包括闪烁体216和用于探测来自闪烁体216的闪烁光的光电探测器218。一旦探测到，电路222被配置成向计算设备(未示出)传送探测事件。

伽马辐射探测器214被后部屏蔽220和侧面屏蔽230屏蔽。后部屏蔽220和侧面屏蔽230可以包括钨。后部屏蔽220和侧面屏蔽230被布置成分别通过探针头202的后部和侧部抑制伽马辐射冲击闪烁体216。因此，来自闪烁体216的任何闪烁光很可能源自通过腹腔镜探针200的探测端接近的伽马辐射。

由于固态辐射传感器100的小轮廓，因此通过腹腔镜探针200的探测端的伽马辐射可以大部分通过辐射传感器100，而不与辐射传感器100的像素102相互作用。通过在计算设备(未示出)处的处理，可以从来自辐射传感器100的信号中滤出导致辐射传感器100处的假阳性的少数探测事件(例如，由与辐射传感器100相互作用的伽马辐射导致的探测事件)。这种布置允许两种不同的传感器类型(基于mos的辐射传感器100和基于闪烁体的伽马辐射探测器214)被用于监测具有更高的特异性的不同类型的辐射。由于辐射传感器100的较小的轮廓，载流子传感器和伽马辐射探测器214能够组合成其尺寸足够小到能够穿过套管针的腹腔镜探针头202。

在使用中，腹腔镜探针200可以在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中腹腔镜探针200被配置成使用辐射传感器100探测带电粒子(例如贝塔辐射)，而在第二模式中腹腔镜探针200被配置成使用伽马辐射探测器214探测伽马辐射。因此，电路222可以在第一模式下传送载流子探测事件并且在第二模式下传送伽马探测事件。可替代地，电路222可以将组合信号传送到计算设备(未示出)，然后计算设备可以处理接收到的信号。

技术人员可以理解的是，图2示出了一个非限制性实施例，并且可以允许对腹腔镜探针200的变型。

例如，腹腔镜探针头可以包括或可以不包括伽马辐射探测器214，并且如果存在伽马辐射探测器，则其可以采取任何合适的形式。

准直器206可以存在或可以不存在，并且如果存在的话，则其可以被定位于光密封覆盖物208的后面(例如，使得准直器206被定位于辐射传感器100和光密封覆盖物208之间)。准直器206可以由生物相容性材料制成。

支座210可以存在或可以不存在。如果存在的话，则支座210可以采用任何合适的形状和材料。辐射传感器100、光密封覆盖物208和准直器206中的任何一者或全部可以进一步被定位于外部壳体212内的后部(back)。以这种方式，外部壳体212本身可以执行支座的功能。

连接部分204可以是柔性的或可以是刚性的。采用柔性连接部分的拴系式腹腔镜探针可用于通过套管针插入体腔，并且此后探针头可具有六个自由度。然而，连接部分可以是刚性的(从而减少了探针头在使用中的自由度的数量)。

在图2中，辐射传感器100探测来自腹腔镜探针200的端部的带电粒子。然而，可以设想其他配置，例如，辐射传感器100可以被定位成探测探针头的侧面处的带电粒子。在图2所示的实施例中，伽马辐射探测器214还被布置成探测通过腹腔镜探针200的探测端的伽马辐射。然而，伽马辐射探测器214可以替代地被定位成相对于辐射传感器100成不同的角度。例如，辐射传感器100可以被定位在探针头的侧面，而伽马探测器可以被定位成探测基本上通过探针头的探测端的伽马辐射，反之亦然。来自两个探测器的数据可以在计算设备(未示出)上被处理。腹腔镜探针还可以包括另外的辐射传感器。

技术人员还可以理解的是，抓握器226的握把是可选的特征。

因此，图2图示了用于微创/腹腔镜外科手术的腹腔镜探针的示例。然而，本文描述的原理也适用于探测来自受试者的离体组织样本中的辐射，例如，当受试者在切除之前已经被施用了放射性药物时从受试者切除组织样本。例如，当外科医生试图从患者身上去除肿瘤时，可能会出现这种情况。在这种情况下，可以从受试者身上切除组织样本，该受试者在手术前已经接收了放射性药物，例如发射贝塔辐射的放射性药物。众所周知的是，贝塔辐射通常可以行进穿过组织约1mm的距离。如果可以从样本s中探测到贝塔辐射，则表明外科医生没有切除足够大的组织样本来保证整个肿瘤已经被去除。

图3示出了可用于对对象(例如组织样本)进行成像的成像装置300。技术人员将理解的是，成像装置300可以适合于对其他对象进行成像。技术人员还将理解的是，图3的成像装置300仅作为示例被描述，并且其他架构也是可用的。装置300适合于由外科医生或护士或其他医疗专业人员在临床环境中使用。

装置300包括不透光隔室/外罩302，在不透光隔室/外罩302中样本s可以被支撑在样本平台304上。不透光外罩(enclosure)302可以采取任何数量的合适形式，其作用为至少基本上(优选完全)排除来自接收了样本s的外罩302内部的环境光。外罩可以重复使用。

不透光外罩302具有门306，门306可以被打开以允许进入外罩302的内部，例如，用于引入或去除样本s。门306在图中被示出为位于成像装置300的顶部，然而技术人员可以理解的是，门可以位于成像装置上的其他地方。围绕在门306的周边的密封件308(例如，迷宫式密封件(labyrinthseal))确保当门306关闭时隔室302不透光。不透光隔室302可以被认为是光密封覆盖物，因为当成像装置在使用中时，它防止来自隔室外部的光影响隔室内的传感器100。

外罩302和门306由完全不透明的材料(例如2mm厚的钢板)构成。另外，外罩302和门306的内表面优选为黑色，具有低反射率，以便吸收任何杂散光。在一些实施例中，外罩302内的光传感器可用于在门306关闭时确认外罩302是否不透光。

样本平台304可以被升高或降低，以改变隔室302内样本s的高度。样本平台304也是可旋转的。样本平台可以是垂直可调的，但是在一些实施例中，也可以附加地或可替代地是水平/横向可调的。此外，样本平台304相对于隔室302内的成像装置的角度可以是可调的。技术人员可以理解的是，样本平台304是可选的特征——在一些情况下，样本的适当位置可以仅仅是隔室302的底部。

辐射探测系统被安装在装置300的侧面上。辐射探测系统包括固态辐射探测器100，诸如图1的cmos探测器100，其具有提供像素阵列的多个金属氧化物半导体mos部件，mos部件的半导体被配置用于响应于与所接收的从放射性药物发射的带电粒子的直接相互作用而在半导体的耗尽层中产生相互作用载流子。准直器310被布置在辐射传感器100的前面(即，在辐射传感器和样本平台304之间)。在一些实施例中，准直器可以被配置成放大由辐射传感器100接收的样本s的带电粒子的图像。在一些实施例中，准直器可以是平行孔准直器，并且可以以与上面关于图2的腹腔镜探针200所描述的方式大致相同的方式工作。在一些实施例中，可以不存在准直器。准直器用于提高辐射传感器100的成像能力。

不透光外罩302用作辐射传感器100的光密封覆盖物，因为当辐射传感器100被操作来探测/成像来自样本的带电粒子时，不透光外罩302在功能上抑制外部光冲击辐射传感器100。然而，在一些实施例中，可以在不透光外罩302内提供另一个光密封覆盖物，例如快门(shutter)。例如，快门可以被布置在准直器310和样本支持器304之间，并且被布置成(当关闭时)防止来自不透光外罩302内的光冲击到辐射传感器100上。快门312可以由计算设备或控制器(未示出)打开和关闭，该计算设备或控制器可以是下面描述的计算设备500。

成像装置300还包括照明源312，其用于照射不透光外罩302的内部。光源312用于以白光或rgb光照射外罩302的内部，这可以用于帮助直接对样本s进行成像。光源可以报考发光二极管(led)。光源可以包括红光、绿光和蓝光的组合。技术人员可以理解的是，光源312是可选的。在一些实施例中，当需要时，可以通过使用例如光纤将光导入隔室302。

为了在样本s被照明源312照射时对样本s进行成像，成像装置300可以包括一个或更多个光学部件，例如透镜314，其被配置成将来自不透光外罩302内的光传递到包括照相机的成像装置318。在一些实施例中，透镜可以在不透光外罩302的外部，或者正好与外罩中的孔成一直线，或者偏离孔，并且与孔相邻的反射镜将离开孔的光导向透镜。

在使用中，可以从受试者身上切除样本s，该样本s包含在切除之前施用给受试者的放射性药物的辐射源。放射性药物可以是例如贝塔辐射源。切除的样本s可以被引入到不透光隔室302中，并且门306可以被关闭。照明源312可以关断。辐射探测器100被曝光以接收来自样本s的辐射。在预定曝光时间之后，照明源312可以被接通。可以使用照相机318捕获样本s的图像。样本平台可以手动地或通过控制器(例如图5的计算设备500)旋转。以这种方式，样本s的不同表面朝向辐射传感器100和朝向照相机318倾斜。辐射传感器100可以捕获更多的带电粒子图像，并且照相机318可以捕获更多的白光图像。技术人员可以理解的是，图像可以以任何顺序被捕获——例如，在多个白光图像被照相机318捕获之前，多个带电粒子可以被辐射传感器100捕获。然后，计算设备可以能够使来自辐射源100的图像和照相机318的图像重叠，以便将样本s内的辐射源与样本s上的图像位置相关联。如上所述，由于带电粒子(诸如贝塔辐射)不能穿透组织很远，因此探测到的任何辐射很可能源自样本s表面以下大约1毫米距离内的源。如果探测到辐射，那么成像装置300的操作者可以确定样本s太小，以至于不能保证已经从受试者身上去除了整个肿瘤。

技术人员可以理解的是，其他架构也是可能的。例如，成像装置不需要包括照明源312或任何白光成像装置，诸如透镜314和照相机318。照相机318和辐射源可以被定位成使得同一时间对样本s的相同部分成像，从而减少了对后处理的需要，以将照相机318捕获的图像与辐射传感器100捕获的图像匹配。

抽样成像装置可以包括附加的辐射传感器和/或成像设备或照相机。例如，抽样成像装置可以包括多个探测设备/辐射传感器，每个探测设备/辐射传感器具有不同的视场，并且每个探测设备/辐射传感器被配置成同时捕获组织样本的图像。以这种方式，可以同时从多个角度捕获样本的多个图像，并且可以快速重构组织样本的合成图像。

根据至少另一个实施例，探测设备可以以衬垫的形式被提供，样本可以放置在该衬垫上。该衬垫可以包括非常大面积的辐射传感器(如本文描述)(例如6cm乘6cm)以及光密封装置，诸如生物相容性遮光罩。可以将样本放置在衬垫上，使得待成像的组织表面面朝下放置在衬垫上。可以操纵组织样本以对其他侧面/表面成像。在该实施例中，不需要不透光的隔室，因为可疑组织被放置成与衬垫直接接触，并且辐射传感器可以探测从样本表面发射的任何带电粒子。

根据至少另一个实施例，探测设备可以是手持式探测设备。手持式探测设备可用于例如分析受试者或患者的皮肤组织，例如用于检查皮肤上的痣。如果放射性药物化合物结合到皮肤上的异常组织，则手持式探测设备的操作者可以能够探测放射性药物化合物。手持式探测设备被配置成以与上述腹腔镜探针200或上述抽样成像装置300大致相同的方式操作。例如，辐射传感器100、准直器和光密封覆盖物/遮光罩可以集成到手持式设备中，该手持式设备可以通信地耦合到计算设备，诸如下面描述的计算设备500。技术人员可以理解的是，在手持式探测设备中可以使用比在腹腔镜探针中更大面积的辐射传感器。此外，技术人员可以理解的是，手持式探测设备可以包括多个辐射传感器，以便从多个角度视图同时确定带电粒子是否正在被发射。手持式探测设备随后可以在第一模式和第二模式之间切换，在第一模式中该设备探测带电粒子的存在(或不存在)，而在第二模式中多个辐射传感器被用于成像。手持式探测设备也可以与一个或更多个附件(例如准直器)耦合。以这种方式，同一手持式探测设备可以装配不同的附件，以用于不同的目的。

手持式探测设备也可以用于对组织的原位成像，例如在手术期间。

如本文描述的操作探测设备的方法可以包括接收来自探测设备的辐射传感器的探测信号，该探测信号代表在提供像素阵列的多个mos部件的半导体的耗尽层中产生的相互作用载流子。该方法还可以包括确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件。该方法还可以包括，如果确定探测信号指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器已经接收到至少一个或更多个带电粒子。辐射传感器可以包括图像传感器(诸如cmos图像传感器)，并且从辐射传感器接收的数据可以包括图像数据。

为了校准探测设备，将接收到的图像数据与固定图案噪声数据进行比较是有益的。为了导出固定图案噪声数据，人们可以捕获多个暗噪声图像，即，在没有放射性药物和光的情况下捕获的图像。在一些实施例中，暗噪声图像可以以辐射传感器的全位深度(fullbitdepth)被捕获。为了去除固定图案噪声的随机部分，捕获的暗噪声图像的数量可能不需要超过16个，但是更多数量的图像将考虑到由于电源噪声和其他特征(这些特征会使带状出现在来自辐射传感器的图像中)导致的暗场的局部变化。

可以处理多个暗噪声图像，并且例如，可以获得平均暗图像。如果暗噪声图像的数量是2的幂，则可以从图像的简单和中推导出平均值，并且可以使用比特移位来随后保持暗电流偏移的精度。

平均暗均值图像代表辐射传感器的固定图案噪声，例如传感器泄漏和放大器偏移。固定图案噪声数据可以使用整数或浮点算法存储在计算设备400的存储器中。

可选地，人们还可以选择通过使用位于像素平均值的整数n个标准偏差内的暗信号来动态更新暗电流漂移，以计算滚动固定图案噪声。在这种情况下，需要仔细选择n的值。有利的是，通过以这种方式动态更新平均暗图像，人们可以补偿探测设备的电子器件(包括辐射传感器)或传感器中的采样的任何温度相关性。

人们可以通过捕获“坏像素图”来进一步校准探测设备。人们可以通过使用辐射传感器捕获多个图像(例如，100个全深度的图像)，并在位空间中将图像上移(即，对表示像素值的比特执行位移位)，以匹配暗图像和中收集的图像的数量(例如，如果收集了16个暗噪声图像，则将图像移位到14位空间中)来做到这一点。然后可根据收集的图像数量和足够大的图像偏移来减去固定图案噪声，以防止任何图像值被破坏。对于10位图像空间，该暗值通常约为200(即，约19.5％)。在14位空间中，这将是3200。对于每个适应的图像，然后确定该适应的图像中的像素是高于还是低于与平均值的标准偏差的m倍。如果像素值高于或低于该阈值，则该像素的标识符可被添加到1位像素图中，并被标记为“坏的”。对每个图像重复这一过程，直到生成坏像素图为止。

现在参考图4描述更详细方法的描述，图4示出了如本文所述的用于操作探测设备的方法的流程图。该方法可以由计算设备(诸如下面描述的计算设备500)来执行。该方法可以被执行来以任何形式操作本文描述的探测设备。例如，可以执行该方法来处理来自腹腔镜探针(诸如腹腔镜探针200)、抽样成像装置(诸如抽样成像装置300)、手持式探测设备、或任何其他形式的探测设备的信息。

在步骤410，从探测设备的辐射传感器接收图像数据。图像数据可以直接或间接地被接收到。图像数据表示探测设备的图像传感器处的辐射成像效果。图像数据可以呈任何合适的形式被接收到。

图像数据可以包括对应于辐射传感器的单次曝光的图像。图像数据可以包括对应于辐射传感器的多次曝光的一个或更多个图像。图像可以以图像传感器的全位深度被捕获。

然后，图像可以在位空间中向上移位(即，执行二进制比特移位)，以匹配暗图像和中收集的图像的数量(例如，如果计算了设备的平均暗图像是16个图像，则图像可以被移位到14位空间中)。

在步骤420，将接收到的图像数据与固定图案噪声数据进行比较，以产生校正图像，固定图案噪声数据是根据使用探测设备收集的多个暗噪声图像的平均值导出的。从捕获的图像数据中减去该示例中的平均暗图像(固定图案噪声数据)。也就是说，从接收的图像数据的对应像素值中减去平均暗图像的像素值，以产生校正图像。可以向校正图像的每个像素的像素值添加小的图像偏移。例如，对于10位图像空间，可以选择的值是200(即19.5％)，或者在14位图像空间的情况下是3200。

在步骤430，对有缺陷的像素进行校正。基于坏像素图(诸如如上所述的坏像素图)的坏像素校正内核可以被应用来基于最近邻值选择核的中心像素的像素值。该值可以是相邻像素的像素值的平均值。以这种方式，被指定为“坏”的辐射传感器的任何像素都可以使用内核进行校正。

在步骤440，将校正图像的像素的像素值与阈值进行比较，以产生二值图像。例如，可以选择阈值(这对于辐射传感器的每个像素可以是相同的，或者可以跨传感器的像素而变化)，并且对于每个像素，如果该像素值高于阈值，则二值像素图的对应条目被更新为1；否则，该值为0(反之亦然)。因此，形成“二值图像”，其中二值图像的每个像素表示校正图像的对应像素的像素值是高于还是低于阈值。

在步骤450，由辐射传感器探测的带电粒子的数量被计数。由辐射传感器提供的像素阵列的像素可以具有的尺寸使得响应于与从放射性药物接收的带电粒子的相互作用，在耗尽层中产生的相互作用载流子是跨多个像素可探测的。然后，通过对于二值图像的像素确定二值图像的任何相邻像素是否采用与该像素相同的二进制值，可以对探测到的带电粒子的数量进行计数。可以使用掩码来防止对同一像素计数两次。

以这种方式，可以确定在捕获的图像数据中探测到多少(如果有的话)带电粒子。

图5是计算设备500的框图，诸如可以用于从腹腔镜探针200或成像装置300或本文描述的手持式探测设备接收信号的计算设备。技术人员将会理解的是，可以使用与图5所示的架构不同的架构。在一些实施例中，计算设备可以集成到腹腔镜探针或抽样成像装置或手持式探测设备中。在一些实施例中，计算设备500可以远离探测设备。在一些实施例中，计算设备实际上可以包括计算系统，该计算系统可以是分布式计算系统。

参考附图，计算设备/控制器500包括多个用户接口，该多个用户接口包括可视化装置(诸如视觉显示器510)和虚拟或专用用户输入设备512。计算设备500包括处理器514、存储器516和电源系统518。

计算设备500包括用于在处理器514和远程系统之间发送和接收通信的通信模块520。例如，通信模块520可以用于通过网络(诸如互联网)发送和接收通信。通信模块520可以接收来自腹腔镜探针200或成像装置300的通信。

计算设备500包括端口522，其用于接收例如包含将要由处理器514处理的指令的非暂态计算机可读介质。

处理器514被配置成接收数据、访问存储器516，并根据从所述存储器516、从通信模块520或从用户输入设备512接收的指令来动作。处理器514可以被配置成接收来自探测设备的辐射传感器的探测信号，该探测信号代表在提供像素阵列的多个mos部件的半导体的耗尽层中产生的相互作用载流子。处理器514可以被配置成确定探测信号是否指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件。处理器可以被配置成，如果确定探测信号指示在像素阵列的多个相邻像素处的探测事件，则确定辐射传感器接收到了至少一个或更多个带电粒子。

技术人员可以理解的是，计算设备500的一个或更多个部件可以与探测设备集成。计算设备可以与探测设备完全集成(例如，作为抽样成像装置300的一部分)。计算设备500可以远离探测设备。

可以设想到所描述的实施例的变形，例如，所有所描述的实施例的特征可以以任何方式组合。

受试者可以是人类(或人类组织)或动物(或动物组织)。该系统、设备和方法适用于医学和其他行业，诸如兽医学。

本领域技术人员可以理解的是，本文描述的方法、装置、设备和系统可用于探测任何合适的放射性药物。

将会理解的是，本发明的实施例可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。任何这样的软件可以以易失性或非易失性存储装置(例如像rom的存储设备)的形式存储(无论是否可擦除或可重写)或者以存储器的形式(例如ram、存储芯片、设备或集成电路)存储，或者存储在光学或磁性可读介质(例如cd、dvd、磁盘或磁带)上。将会理解的是，存储设备和存储介质是机器可读存储装置的实施例，其适于存储一个程序或多个程序，该一个程序或多个程序在被执行时实现本发明的实施例。因此，实施例提供了一种程序，该程序包括用于实现如任一所附权利要求所述的系统或方法的代码，以及存储这种程序的机器可读存储装置。更进一步地，本发明的实施例可以通过任何介质(诸如通过有线或无线连接承载的通信信号)以电子方式传送，并且实施例适当地包含相同的内容。

在本说明书的整个描述和权利要求书中，词“包括”和“包含”及其变体意指“包括但不限于”，并且它们不意欲(并且不)排除其它部分、添加物、部件、整数或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求书中，单数形式包含复数形式，除非上下文另有要求。具体地，在不定冠词被使用的情况下，本说明书应被理解为设想了复数以及单数，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定方面、实施例或例子描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应被理解为可应用于本文描述的任何其他方面、实施例或例子，除非与其不相容。在本说明书(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以在任何组合中被组合，除了这类特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合之外。本发明并不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展至在本说明书(包括任何随附的权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或扩展至如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。

除非另外明确声明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以被用于相同目的、等效目的或类似目的的可选择特征所替换。因此，除非另外明确说明，所公开的每个特征仅是通用系列的等效或类似特征中的一个示例。

读者的注意力被引导到与本说明书同时或在本说明书之前与本申请相关地被提交的并且与本说明书一起对公众查阅开放的所有论文和文件，并且所有这样的论文和文件的内容通过引用被并入本文。

以上实施例仅是通过示例的方式进行了描述，并且所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。将会理解的是，在不脱离由所附权利要求(而不是由前面的描述)所指示的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行变化。