用于对前列腺进行成像的装置的制作方法
背景技术：
基于辐射探测器的图像传感器可以是用于测量例如x-射线等辐射的特性的装置，比如可以测量辐射通量，辐射的空间分布，频谱以及辐射的其他特性。这些图像传感器可以使用于许多应用。一种重要的应用是医学成像，即可以显示非均匀组成的不透明物体(例如人体)的图像。
前列腺是人类男性生殖系统的一个腺体。前列腺分泌弱碱性液体，这些液体在体积上约占精液的30％。精液的碱性有助于延长精子的寿命。前列腺疾病是常见的疾病，并且患病风险随着年龄增加。医学成像(例如，放射线照相)能够帮助诊断前列腺疾病。然而，由于前列腺在人体内深处，给前列腺成像可以是困难的。例如，前列腺周围的厚组织可能导致降低成像分辨率或者需要增加辐射剂量来足够保证成像。
技术实现要素：
本文公开了一种装置，该装置包括：插入管；插入管内的图像传感器；其中所述图像传感器包含有像素阵列；其中所述图像传感器被配置为在一段时间内对入射在所述像素上的辐射粒子的数量进行数值计入。
根据实施例，所述插入管被配置为插入到人体的直肠中。
根据实施例，所述图像传感器包括安装在衬底上的多个芯片，其中，所述像素分布于所述多个芯片上。
根据实施例，所述图像传感器是柔性的。
根据实施例，所述辐射粒子是x-射线光子。
根据实施例，所述x-射线光子具有的能量在20千电子伏特至30千电子伏特之间。
根据实施例，所述图像传感器包括：包含电触点的辐射吸收层；第一电压比较器，所述第一电压比较器被配置为将电触点的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，所述第二电压比较器被配置为将所述电压与第二阈值进行比较；计数器，所述被配置为暂存至少一个所述数值；控制器；其中所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始启动时间延迟；其中所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；其中所述控制器被配置为，当所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使得至少其中一个所述数值增加数值一。
根据实施例，所述装置还包括电连接到电触点的积分器，所述积分器配置成从所述电触点收集电荷载流子。
根据实施例，所述控制器被配置为在所述时间延迟开始或期满时激活所述第二电压比较器。
根据实施例，所述控制器被配置为将所述电触点连接到电接地。
根据实施例，所述电压的变化率在时间延迟期满时基本为零。
根据实施例，所述辐射吸收层包含二极管。
根据实施例，所述辐射吸收层包括单晶硅。
根据实施例，所述图像传感器不包括闪烁器。
本文公开了一个系统，该系统包含权利要求1的所述装置，以及辐射源。
本文公开了一种方法，该方法包含：在人体的直肠中插入带有图像传感器的插入管，所述图像传感器包含像素阵列；将辐射引导至人体的前列腺；在一段时间内，对入射在所述像素上的辐射粒子的数量进行数值计入；基于所述数值获得所述前列腺的图像。
根据实施例，所述图像传感器包括安装在衬底上的多个芯片，其中，所述像素分布于所述多个芯片上。
根据实施例，所述图像传感器是柔性的。
根据实施例，所述辐射粒子是x-射线光子。
根据实施例，所述x-射线光子具有的能量在20千电子伏特至30千电子伏特之间。
根据实施例，所述图像传感器包括：包含电触点的辐射吸收层；第一电压比较器，所述第一电压比较器被配置为将电触点的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，所述第二电压比较器被配置为将所述电压与第二阈值进行比较；计数器，所述计数器被配置为暂存至少一个数值；控制器；其中所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始启动时间延迟；其中所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；其中所述控制器被配置为，当所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使得至少其中一个所述数值增加数值一。
根据实施例，所述图像传感器还包括电连接到电触点的积分器，所述积分器配置成从所述电触点收集电荷载流子。
根据实施例，所述控制器被配置为在所述时间延迟开始或期满时激活所述第二电压比较器。
根据实施例，所述控制器被配置为将所述电触点连接到电接地。
根据实施例，所述电压的变化率在时间延迟期满时基本为零。
根据实施例，所述辐射吸收层包含二极管。
根据实施例，所述辐射吸收层包括单晶硅。
根据实施例，所述图像传感器不包括闪烁器。
【附图说明】
图1根据实施例示意性地展示了一种装置。
图2a和图2b根据实施例示意性地示出了装置的一部分。
图3根据实施例示意性地示出了包含有像素阵列的图像传感器。
图4a根据实施例示出了图像传感器的横截面示意图。
图4b根据实施例示出了图像传感器的详细横截面示意图。
图4c根据实施例示出了图像传感器的另一种详细横截面示意图。
图5a和图5b根据实施例分别示出了图像传感器的电子系统的部件图。
图6示意性地示出了流过所述图像传感器的辐射吸收层的电触点的电流的时间变化(上曲线)，以及所述电触点上的对应电压的时间变化(下曲线)。
图7根据实施例示出了使用所述装置的方法的示例性流程图。
图8示意性地示出了包含上述装置以及辐射源的系统。
【具体实施方式】
图1根据一个实施例显示了装置101的示意图。设备101具有插入管102,插入管可以是刚性的或柔性的。设备101可以具有信号线103和控制单元104。
控制单元104可以被配置成，通过信号线103,从插入管102接受信号、传输信号给插入管102或者控制插入管102的移动。插入管102可能有小的直径(例如，小于50毫米)，以适于插入人体的直肠。插入管102相对于所关注的对应的辐射可以是透明的，并且插入管102内部可能封装了图像传感器100。该图像传感器100可能被密封在插入管102从而保护图像传感器100不被体液侵蚀。
图2a和图2b根据实施例显示出了装置101的一部分的示意图。图像传感器100可以包含多个安装在衬底1010上的芯片1000。衬底1010可以是印刷电路板。衬底1010可电连接至芯片1000和信号线103。在图2a的实施例中，所述图像传感器100和衬底1010是刚性的。在图2b的实施例中，所述图像传感器100和衬底1010是柔性灵活的。
图3根据一个实施例示意性地显示了图像传感器100可具有一个阵列的像素150。如果图像传感器100具有多个芯片1000，像素150可以分布在多个芯片1000上。例如，这些芯片1000可各自包含一些属于图像传感器100的像素150。像素150阵列可以是一个矩形阵列150，蜂窝状阵列，六边形阵列或任何其它合适的阵列。图像传感器100可以计算在一段时间内射在像素150上的辐射粒子的数目。举一个例子，x-射线光子是一种辐射粒子。x-射线光子可以具有适当的能量(例如，能量在20千电子伏特(kev)和30千电子伏特(kev)之间)。每个像素150可被配置用于测量它的暗电流，比如在辐射粒子射到像素之前或射到的同时。像素150可被配置成并行运行。例如，图像传感器100可以在计入一颗辐射粒子射入一个像素150的之前、之后或同时，计入另一颗摄入另一个像素150的辐射粒子。像素150可以是单独可寻址的。
图4a根据实施例显示了图像传感器100的截面示意图。图像传感器100可以包括辐射吸收层110和电子器件层120(例如，专用集成电路asic)用于处理或分析入射在辐射吸收层110上的辐射粒子所产生的电信号。该图像传感器100可以包含或者不包含闪烁体探测器。辐射吸收层110可以包含半导体材料，诸如单晶硅。该半导体可以具有针对辐射的高的质量衰减系数。
图4b中根据实施例显示了图像传感器100的更详细的横截面示意图，如图所示，辐射吸收层110可以包含一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)，这些二极管是由第一掺杂区111，第二掺杂区113的一个或多个离散区域114组成。可以选择用一个本征区112把第二掺杂区113和第一掺杂区111分隔开来。离散区域114彼此之间可以由第一掺杂区111或本征区112分隔。第一掺杂区111与第二掺杂区113具有相反的掺杂类型(例如，掺杂区111是p型的而掺杂区113是n型的，或着掺杂区111是n型的而掺杂区113是p型的)。在图4b的实施例中，每个第二掺杂区113的离散区域114和第一掺杂区111以及可选的本征区112形成一个二极管。也就是说，在图4b的例子中，所述辐射吸收层110具有多个二极管，这些二极管以第一掺杂区111为共享电极。第一掺杂区111可具有离散部分。辐射吸收层110可具有电触点119a，电触点119a与第一掺杂区111有电接触。辐射吸收层110可以具有多个离散的电触点119b，每个电触点119b都和离散区域114有电接触。
当辐射粒子撞击包含二极管的辐射吸收层110，辐射粒子可以被吸收，并通过多种机制生成一个或多个电荷载流子。电荷载流子在电场作用下可以漂移至电触点119a和119b。该电场可以是外加电场。在一个实施例中，电荷载流子漂移的可能方向是使得单个辐射粒子所产生的电荷载流子基本上不会被两个不同的离散区域114共享(在这里，“基本上不会共享”是指少于2％，少于0.5％，少于0.1％，或少于0.01％的这些电荷载流子会流至和这些电荷载流子的其余部分流至的离散区域114所不同的离散区域114)。由单个辐射粒子入射至一个离散区域114对应范围所产生的电荷载流子基本不会被其他的离散区114共享。和一个离散区域114相关联的一个像素150可以是这个离散区域114周围的区域，在这个区域中基本上所有(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或者大于99.99％)的由辐射粒子入射至此区域所产生的电荷载流子会流至此离散区域114。也就是说少于2％，少于1％，少于0.1％，或少于0.01％的这些电荷载流子会流出该像素150。
图4c中根据实施例显示了图像传感器100的一种替代性的详细的横截面示意图，如图所示，所述辐射吸收层110可以包含半导体材料(比如单晶硅)的电阻器，但不包含二极管。该半导体可以具有针对辐射的高的质量衰减系数。辐射吸收层110可具有电触点119a，该电触点119a与该半导体的表面层上的半导体有电接触。辐射吸收层110可以具有多个电触点119b，它们在该半导体的另一表面上。
当辐射粒子撞击包含电阻器但不包含二极管的辐射吸收层110，辐射粒子可以被吸收并通过多种机制生成一个或多个电荷载流子。一个辐射粒子可能产生10到100000个电荷载流子。电荷载流子在电场作用下可以漂移至电触点119a和119b。该电场可以是外加电场。在一个实施例中，电荷载流子漂移的可能方向是使得单个辐射粒子所产生的电荷载流子基本上不会被两个不同的电触点119b共享(在这里，“基本上不会共享”是指少于2％，少于0.5％，少于0.1％，或少于0.01％的这些电荷载流子会流至和这些电荷载流子的其余部分流至的电触点119b所不同的电触点119b)。由单个辐射粒子入射至一个电触点119b所对应范围产生的电荷载流子基本不会被其他的电触点119b共享。和一个电触点119b相对应的一个像素150可以是这个电触点119b周围的区域，在这个区域中基本上所有(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或者大于99.99％)的由辐射粒子入射至此区域所产生的电荷载流子会流至此电触点119b。也就是说少于2％，少于1％，少于0.1％，或少于0.01％的这些电荷载流子会流出该电触点119b所对应的像素150。
电子器件层120可以包括电子系统121，该电子系统121适合于处理或解释由入射至辐射吸收层110的辐射所产生的信号。所述电子系统121可以包含模拟电路，诸如滤波网络、放大器、积分器和比较器，或者包含诸如微处理器和存储器的数字电路。电子系统121可以包括一个或多个模拟数字转换器(adc)。
电子系统121可以包括像素共享的组件或者专用于单一像素的部件。例如，电子系统121可以包括专用于单个像素150的放大器和所有像素150共享的微处理器。所述电子系统121可以通过通孔131电连接到所述像素150。通孔之间的空间可以填充有填充物材料130，填充物材料130可以增强电子器件层120和辐射吸收层110连接的机械稳定性。也可以使用其它接合技术在不使用通孔的情况下将电子系统121连接到像素。
图5a和图5b分别根据实施例示出了电子系统121的组件示意图。电子系统121可包括第一电压比较器301，第二电压比较器302，计数器320，开关305，可选择使用的电压计306和控制器310。
第一电压比较器301可配置用于将至少其中一个电触点119b的电压和第一阈值进行比较。第一电压比较器301可以被配置成直接监测电压，或者通过对在一段时间内流经电触点119b的电流进行积分来计算电压。第一电压比较器301可以可控地被控制器310激活或关闭。第一电压比较器301可以是时间连续比较器。即第一电压比较器301可以被配置成持续地被激活并持续地监测电压。第一电压比较器301可以是钟控比较器。第一阈值可以是入射辐射粒子在电触点119b上可产生的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。所述最大电压可能取决于入射辐射粒子的能量，辐射吸收层110的材料以及其它因素。例如，第一阈值可以是50毫伏、100毫伏、150毫伏、或200毫伏。
第二电压比较器302被配置成用于将上述电压与第二阈值进行比较。第二电压比较器302可以被配置成直接监测电压，或者通过对在一段时间内流经二极管或电触点119b的电流进行积分来计算电压。第二电压比较器302可以是时间连续比较器。第二电压比较器302可以可控地被控制器310激活或关闭。当第二电压比较器302被关闭时，该第二电压比较器302的功耗可以小于该第二电压比较器302被激活时的功耗的1％、5％、10％或20％。所述第二阈值的绝对值大于所述第一阈值的绝对值。在本文中，术语一个实数x的“绝对值”或“模量”|x|是指与该实数x符号无关的其非负数数值。即，
第一电压比较器301或第二电压比较器302可包含一个或多个运算放大器或者任何其它合适的电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高运行速度使得系统121可以在高入射辐射粒子辐照量情况下运行。然而，具有高运行速度通常是以功率消耗为代价。
计数器320被配置成可以记录至少一定数量的入射到包含有电触点119b的像素150的辐射粒子。计数器320可以是软件组件(例如，存储在计算机存储器中的数值)或者硬件部件(例如，集成电路4017ic或7490ic)。
控制器310可以是硬件组件，例如微控制器和微处理器。控制器310被配置为从第一电压比较器301确定所述电压的绝对值等于或大于第一阈值的绝对值的时刻开始启用时间延迟(例如，所述电压的绝对值从低于第一阈值的绝对值的值增加至一个等于或高于第一阈值的绝对值的值)。这里使用绝对值是因为电压可以是负的或正的，取决于使用了二极管的阴极或阳极的电压或者哪个电触点被使用了。控制器310可以被配置为在第一电压比较器301确认所述电压的绝对值等于或大于第一阈值的绝对值之前，保持使得第二电压比较器302、计数器320和任何其它第一电压比较器301不需要使用的电路处于非激活状态。时间延迟可能在电压稳定之前或之后终止，电压稳定即指电压的变化率基本为零。短语“电压变化率基本为零”意味着电压的时间变化小于0.1％/纳秒。短语“电压变化率基本上是非零”意味着电压的时间变化至少为0.1％/纳秒。
控制器310可被配置为在时间延迟期间(包括开始和停用)激活第二电压比较器。在一个实施例中，控制器310被配置为在时间延迟开始时激活第二电压比较器。术语"激活"意味着使所述组件进入工作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平等信号，通过提供电源等)。术语"停用"意味着使所述组件进入非运行状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平等信号，通过切断电源等)。工作状态相较于非运行状态可具有较高(例如，10倍以上，100倍以上，1000倍以上)的功耗。控制器310本身可以处于非激活状态，直到第一电压比较器301的输出在电压绝对值等于或超过第一阈值的绝对值时激活控制器310。
控制器310可被配置为在时间延迟期间，如果第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值就可以导致计数器320寄存的数值增加1。
控制器310可被配置为使可选电压计306在时间延迟期满时测量电压。控制器310可被配置为将电触点119b连接到电接地，来复位电压并且对累积在电触点119b上的任何电荷载流子进行放电。在一个实施例中，电触点119b在时间延迟的期满之后连接到电接地。在一个实施例中，电触点119b连接到电接地的复位时间有限。控制器310可以通过控制开关305来将电触点119b连接到电接地。开关可以是诸如场效应晶体管(fet)的晶体管。
在一个实施例中，系统121没有模拟滤波网络(例如，电阻-电容电路)。在一个实施例中，系统121没有模拟电路。
电压计306可以将它测量的电压作为作为模拟或数字信号提供给控制器310。
电子系统121可以包括电连接到电触点119b的积分器309，其中积分器被配置成从电触点119b收集电荷载流子。积分器309可包含有在放大器的反馈路径中的电容器。该放大器被配置为所谓的电容互阻抗放大器(cita)。电容互阻抗放大器通过抑制放大器饱和从而具有高的动态范围，并通过限制信号通路中的带宽来提高信噪比。来自电触点119b的电荷载流子在一段时间("积分周期")内累积在电容器上。积分周期结束后，电容电压被采样再由复位开关复位。积分器309可以包括直接连接到电触点119b的电容器。
图6示意性地示出了流过电触点119b的电流随着时间的变化(上曲线)以及相对应的在电触点119b上的电压随着时间的变化(下曲线)，所述电流是由入射在包含电触点119b的像素150上的辐射粒子产生的电荷载流子导致的。电压可以是电流相对于时间的积分。在时间t0，辐射粒子击中像素150，电荷载流子开始在像素150中产生，电流开始流过电触点119b，而且电触点119b的电压绝对值开始上升。在时间t1，第一电压比较器301确定该电压的绝对值等于或超过第一阈值v1的绝对值，控制器310启动时间延迟td1，并且控制器310可能在时间延迟td1开始时终止第一电压比较器301。如果控制器310在t1之前处于非激活状态，则控制器310在t1被激活。在时间延迟td1期间，控制器310激活第二电压比较器302。术语“期间”在此是指在时间延迟的开始和终止(即结束)以及之间的任何时间。例如，控制器310可在td1终止时激活第二电压比较器302。如果在td1期间，第二电压比较器302在时间t2确定电压绝对值等于或超过第二阈值v2的绝对值，控制器310会等待代稳定电压稳定下来。电压在时间te稳定，即当由辐射粒子产生的所有电荷载流子流出辐射吸收层110时。在时间ts，时间延迟td1期满。在时间te之时或之后，控制器310使电压计306对电压进行数字化并决定辐射粒子的能量属于哪个能量收集器。然后，控制器310使与该能量收集器相对应的计数器320上的暂存的数值增加1。在图6的实例中，时间ts在时间te之后；即td1结束在所有辐射粒子产生的电荷载流子流出辐射吸收层110之后。如果时间te不能容易地被测量，td1可以根据经验来选择以允许有足够的时间来收集几乎全部的由一个辐射粒子产生的电荷载流子但又不至于太长而冒险使得有另一个辐射粒子射入。即，td1可以根据经验选择，使得在实验上时间ts在时间te之后。时间ts也不一定在时间te之后，因为控制器310一旦达到v2就可以忽略td1，并等待时间te。因此，电压与由暗电流对电压的贡献之间的差异的变化率在te处基本为零。控制器310可被配置为在td1期满或t2时或者其间的任何时间停用第二电压比较器302。
时间te处的电压与由辐射粒子产生的电荷载流子的量成比例，与辐射粒子的能量有关。控制器310可经配置以使用电压计306来确定辐射粒子的能量。
在td1到期或由电压计306进行数字化之后，以较后者为准，控制器310在复位周期rst将电触点119b连接到电接地使得累积在电触点119b上的电荷载流子流向地并复位电压。在复位周期rst之后，系统121准备好检测另一入射的辐射粒子。如果第一电压比较器301已经被停用，控制器310可以在rst期满之前的任何时间激活它。如果控制器310已经被停用，它可以在rst期满之前被激活。
图7示出了根据实施例的装置101的使用方法的示例性流程图。
在步骤701中，插入管102被插入到人体的直肠中。在步骤702中，辐射(例如，x-射线)被导向人体的前列腺。在步骤703中，在一段时间内入射至图像传感器100的像素150上的辐射粒子数被计入。在步骤704中，前列腺的图像可以基于所述数值而获得。
图8示意性地示出了包含上述装置101和辐射源1601的一个系统。插入管102可以插入到人体的直肠1603中。辐射源1601可被配置为将辐射引导至人体中的前列腺1602。图像传感器100使用辐射形成前列腺1602的图像。该系统可用于对前列腺1602的射线照相。
尽管本文公开了各种方面和实施例，其他方面和实施例对于本领域内技术人员将变得明显。本文公开的各种方面和实施例是为了说明目的而不是限制性的，其真正范围和精神由权利要求指示。
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