CN115135975A - 用于快速血流测量的积分检测方案 - Google Patents

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Abstract

公开了用于快速血流测量的积分检测方案的各种实施例。第一控制信号可以被发送到开关以使积分器对来自光电二极管的电流进行积分。可以从积分器接收积分电流，并且可以将至少部分地基于积分电流的数据信号发送到计算设备。第二控制信号可以被发送到开关以使积分器停止对来自光电二极管的电流进行积分。

Description

用于快速血流测量的积分检测方案
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年1月14日提交的共同未决美国临时专利申请第62/960,870号、发明名称为“INTEGRATED DETECTION SCHEME FOR FAST BLOOD FLOW MEASUREMENT”的权益和优先权，该申请的内容通过引用其整体并入本文。
背景技术
血流是组织健康的重要指标，因为血流直接告知组织的氧气和营养供应的状态。因此，床边血流监测在包括中风、创伤性脑损伤、癌症和外周血管疾病的多种疾病的治疗中具有重要意义。扩散相关光谱(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)技术根据已经扩散通过组织的高度相干光的时间强度波动来测量组织血流。用DCS估计组织动态的传统方法的一个主要限制是该方法需要使用昂贵、笨重且高灵敏度的光子计数检测器和不能直接嵌入到低成本探针中的电子器件。
发明内容
本公开的各种实施例包括一种系统，包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为至少部分地基于所述光电二极管接收的多个光子来输出光电二极管电流；积分器，所述积分器被配置为至少部分地基于所述光电二极管电流来输出积分电流；第一计算设备，所述第一计算设备包括处理器和存储器；以及存储在所述存储器中的机器可读指令，所述机器可读指令在由所述处理器执行时使所述第一计算设备至少执行以下操作：响应于从第二计算设备接收第一命令，将第一控制信号发送到开关，所述第一控制信号使所述积分器开始输出所述积分电流；从积分器接收积分电流；读取对应于所述积分电流的输入；以及响应于从所述第二计算设备接收第二命令，将第二控制信号发送到所述开关，所述第二控制信号使所述积分器停止输出所述积分电流。在一个或多个实施例中，所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将数据信号发送到所述第二计算设备，所述数据信号至少部分地基于所述积分电流。在一个或多个实施例中，所述系统还包括压控电流源，并且所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述漏极控制信号指定所述压控电流源的输入电压的值。在一个或多个实施例中，所述压控电流源包括运算放大器缓冲器和金属氧化物半导体场效应晶体管。在一个或多个实施例中，所述积分电流是积分时间的函数。在一个或多个实施例中，所述积分器包括运算放大器。在一个或多个实施例中，所述积分器包括电阻器-电容器电路。
本公开的各种实施例包括一种方法，包括：由计算设备将激活积分控制信号发送到开关；由所述计算设备从积分器接收积分电流，所述积分电流至少部分地基于由光电二极管生成的光电二极管电流；由所述计算设备读取对应于所述积分电流的输入；以及由所述计算设备将复位积分控制信号发送到所述开关。在一个或多个实施例中，将积分控制信号发送到开关还包括：由所述计算设备将第一积分控制信号发送到第一开关，其中所述第一积分控制信号使所述第一开关闭合；以及由所述计算设备将第二积分控制信号发送到第二开关，其中所述第二积分控制信号使所述第二开关断开。在一个或多个实施例中，将积分控制信号发送到开关使所述积分器对来自光电二极管的信号进行积分。在一个或多个实施例中，所述方法还可以包括由计算设备将漏极控制信号发送到压控电流源。在一个或多个实施例中，所述漏极控制信号使所述压控电流源产生输入电压。
本公开的各种实施例包括一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包含可在至少一个计算设备中执行的应用，所述应用在被执行时使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：将漏极控制信号发送到压控电流源，所述漏极控制信号使所述压控电流源生成输入电压；将积分控制信号发送到开关，所述积分控制信号使所述开关闭合；读取对应于积分电流的输入；以及将复位控制信号发送到所述开关，所述复位控制信号使所述开关断开。在一个或多个实施例中，所述应用在被执行时还使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：接收暗电流，其中，所述暗电流包括流过光电二极管的漏电流；以及读取对应于所述暗电流的输入。在一个或多个实施例中，所述应用在被执行时还使所述至少一个计算设备至少部分地基于所述积分电流和所述暗电流来至少确定校正电流。在一个或多个实施例中，响应于从另一计算设备接收第一命令，将所述漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述第一命令包括多个伏特；响应于从所述另一计算设备接收第二命令，将所述积分控制信号发送到所述开关，所述第二命令包括使积分器开始积分的指令；以及响应于从所述另一计算设备接收第三命令，将所述复位控制信号发送到所述开关，所述第三命令包括使所述积分器停止积分的指令。
附图说明
为了更完整地理解实施例及其优点，现在结合如下简要描述的附图来参考以下描述：
图1是根据本公开的各种实施例的用于实现积分扩散相关光谱(integrateddiffuse correlation spectroscopy)的总体布局的示例。
图2是根据本公开的各种实施例的图1中所示的积分器的一个可行实施方案的示例。
图3是根据本公开的各种实施例的用于实现具有自适应DC电流减法的积分扩散相关光谱的总体布局的示例。
图4是根据本发明的各种实施例的图3中所示的压控电流源的一个可行实施方案原理图的示例。
图5是根据本公开的各种实施例的图1和图3中所示的第一计算设备和第二计算设备的原理性框图的示例。
图6是根据本公开的各种实施例的通过由图1和图3中所示的第一计算设备执行的数据获取应用的部分所实现的某些功能的示例流程图。
图7是根据本公开的各种实施例的通过由图1和图3中所示的第一计算设备执行的控制应用的部分所实现的某些功能的示例流程图。
具体实施方式
公开了使用积分扩散相关光谱进行血流测量的各种方法。所公开的方法基于使用扩散散斑收缩(diffuse speckle contract,DCS)分析测量血流。传统的DCS依赖于瞬时强度i(t)波动的快速采样来从检测到的强度的归一化自相关估计血流指数。另一方面，所公开的方法包括从在测量时间t采样的积分光子强度It(T)的统计数据估计组织动态，其中T是积分时间。积分光子强度可以由下式给出：
Figure BDA0003794282880000041
所公开的方法通过使用低功率电路直接积分来自光电二极管的信号来实现It(T)的测量。所公开的方法允许使用光电二极管和积分器电路来检测扩散光波动，以用于简单、低成本、板级地检测散斑强度波动。所公开的方法有助于在多个积分时间内快速、单次测量强度动态，固有地减少被实时检测和补偿的测量噪声。
在以下讨论中，提供了系统及其组件的总体描述，随后是对所述系统及其组件的操作的讨论。
转到图1，示出了用于实现积分扩散相关光谱的总体布局的示例。光源103可用于照射组织106。光源103将具有比在组织中传播的光程更长的相干长度，以便于测量几何结构。光源103可以是具有相关的准直透镜/光学器件和/或温度/波长稳定电路以满足相干条件的任何多模或单模激光二极管。来自光源103的光子可扩散穿过组织106并由光电二极管109接收。
光电二极管109可以是在接收光之后输出光电二极管电流112的任何合适的半导体器件。在一些实施例中，光电晶体管或其它光电检测器可以用于代替或附加于光电二极管109。光电二极管109可以是无偏置的，并且以光伏模式操作，使得光电二极管电流112从光电二极管的阳极流到光电二极管的阴极。
光电二极管电流112可以与光电二极管109接收的光子的瞬时散斑强度波动成比例。光电二极管109也可以产生暗电流。暗电流可以是当没有光照射光电二极管109时流过光电二极管109的漏电流。在一些实施例中，针孔(未示出)可以放置在光电二极管109和组织106之间以提高光电二极管109的对比度。
积分器115可以接收由光电二极管109输出的光电二极管电流112，并且对光电二极管电流112进行积分以生成积分电流121。积分器115可以是能够接收输入信号并生成表示输入信号相对于积分时间的积分的输出信号的任何电路或其它器件。积分器115可以使用运算放大器、电阻-电容电路或其它积分电路来实现。积分电流121可以由下式给出：
Figure BDA0003794282880000051
其中T是积分时间，Cint是积分器115中的反馈中的净电容，并且iin(t)∝I(t)是瞬时光电二极管电流112。
积分器115的操作取决于由积分器115从第一计算设备124接收的一个或多个积分控制信号118。例如，积分器115可以接收使积分器115对光电二极管电流112进行积分并输出积分电流121的“激活”积分控制信号118。作为另一示例，积分器115可以接收使积分器115复位且停止对光电二极管电流112进行积分的“复位”积分控制信号118。
第一计算设备124可以接收输入信号。第一计算设备124可以执行一个或多个读取操作以读取与输入信号相对应的输入。第一计算设备124可以记录输入信号的光子强度测量。然后，第一计算设备124可以输出包括输入信号的光子强度测量的数据信号130。
输入信号可以是积分电流121、暗电流或其它输入信号。例如，第一计算设备124可以从积分器115接收积分电流121。然后，第一计算设备124可以读取对应于积分电流121的输入并且记录积分电流121的光子强度测量。在一些实施例中，第一计算设备124可以校正积分电流121中由暗电流引起的噪声，并记录校正的光子强度测量。
第一计算设备124可以充当用于电路控制和数据获取的控制机制。第一计算设备124可将一个或多个积分控制信号118发送到积分器115以控制积分器的操作。例如，第一计算设备124可以向积分器115发送使积分器115开始对光电二极管电流112进行积分的积分控制信号118。作为另一示例，第一计算设备124可以向积分器115发送使积分器115复位并停止对光电二极管电流112进行积分的积分控制信号118。
第一计算设备124可以从第二计算设备133接收一个或多个命令127。一个或多个命令127可以触发第一计算设备124上的读取操作。可在积分器115开始积分的同时执行第一读取操作。第一读取操作可以记录积分器115在“零”积分时间处的输出，从而测量暗电流。随后的定时读取操作记录在相应积分时间的积分电流。通过重复该循环可以获得多个积分帧。在第一读取操作中测量暗电流提供了一种校正每个积分帧中的暗噪声的方法：
Icorrected(T)＝I(T)-Idark. (3)
可以通过估计积分帧的标准偏差和平均强度来计算每个积分时间的散斑可见度或强度波动方差。
第二计算设备133可以向第一计算设备124发送命令127。这些命令127可以使第一计算设备124将一个或多个积分控制信号118发送到积分器115以控制积分器115的操作。
第二计算设备133可以从第一计算设备124接收数据信号130。第二计算设备133可以从数据信号130读取积分帧的数据，以计算散斑可见度，并使用扩散散斑对比度分析来估计血流。在一些实施例中，由第二计算设备133执行的功能可以由第一计算设备124可执行的应用来执行。
转到图2，示出了积分器115的一个可行实施方案的原理图的示例。在该示例中，积分器115是包括启动开关203、复位开关206、开关放大器电阻器209、反馈回路212和运算放大器215的电路。图2还示出了光电二极管109，光电二极管109将光电二极管电流112馈送到积分器115。
启动开关203和复位开关206可以是双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或任何其它合适的开关器件。启动开关203和复位开关206可以控制积分器115的操作。当启动开关203闭合并且复位开关206断开时，积分器115可以对光电二极管电流112进行积分并且输出积分电流121。当启动开关203断开且复位开关206闭合时，积分器115将不对光电二极管电流112进行积分并且可复位积分器115。启动开关203和复位开关206中的每一个都可以基于从第一计算设备124接收的积分控制信号118来断开或闭合。
开关放大器电阻器209可以是任何合适的电阻器或电阻器的布局。开关放大器电阻器209可以连接在启动开关203和运算放大器215之间。
反馈回路212可以包括电容器218、反馈电阻器221和复位开关206。电容器218可以是任何合适的电容器或电容器的布局。例如，电容器218可以被实现为如图2所示的单个电容器。作为另一示例，电容器218可以被实现为多个电容器的串联或并联配置。反馈回路212的净电容可以取决于电容器218的电容，并且反馈回路212的净电容可以确定积分器115的增益。当启动开关203闭合且复位开关206断开时，电容器218可以累积电荷，同时积分器115对光电二极管电流112进行积分。当启动开关203断开且复位开关206闭合时，电容器218可以通过运算放大器215放电并且可以复位积分器115。反馈电阻器221可以是任何合适的电阻器或电阻器的布局。例如，反馈电阻器221可以被实现为如图2所示的单个电阻器。作为另一个示例，反馈电阻器221可以被实现为多个电阻器的串联或并联配置。
运算放大器215可以是包括两个输入端和一个输出端的任何合适的运算放大器。运算放大器215可以经由开关放大器电阻器209接收光电二极管电流112作为输入。运算放大器可以输出积分电流121，积分电流121同样是积分器115的输出。
转到图3，示出了用于实现具有自适应DC电流减法的积分扩散相关光谱的总体布局的示例。在一些示例中，光电二极管109可以具有几平方毫米量级的检测面积，光电二极管109的检测面积比单个散斑的平均尺寸大得多。因此，光电二极管电流112表示几个散斑的空间平均，这会导致非波动的DC偏移。因此，光电二极管电流112在一些情况下可以具有两个分量：由暗噪声和散斑平均生成的非波动DC电流303，以及由散斑强度波动生成的波动信号电流306。实际上，光电二极管电流112可以被建模为：
I＝Idc+Isig(t) (4)
其中I是光电二极管电流112，Idc是可以表示多个散斑的空间平均的非波动DC电流303，Isig(t)是可以表示随时间变化的散斑强度波动的波动信号电流306。
在一些示例中，积分器115可对非波动DC电流303和波动信号电流306两者进行积分。然而，波动信号电流306中可以包含血流信息。并且光电二极管电流112的非波动DC电流303分量可能明显大于波动信号电流306分量，这可能导致信号对比度和信噪比较差。
一种减小导致非波动DC电流303的散斑空间平均的影响的方法是使用具有更小有效面积的光电二极管109，或者通过使用段落[0019]中所述的针孔a。但是这会成比例地减小波动信号电流306，并且减小光电二极管109的检测阈值。更好的替代方案是主动抑制非波动DC电流303。这样，积分器115可以对波动信号电流306进行积分。
图3的示例示出了一种通过使用压控电流源309从光电二极管电流112中减去由暗噪声和散斑平均生成的非波动DC电流303的方法。压控电流源309可以用作非波动DC电流303的漏极/吸收器。例如，通过压控电流源309的电流消耗可以从积分器115的输入吸收可编程量的非波动DC电流303，这可以改善积分电流121中的信号对比度和信噪比。
压控电流源309可以是强度由电路中其它地方电压控制的任何合适的电流源。例如，压控电流源可以包括运算放大器缓冲器和MOSFET。作为另一示例，压控电流源可以包括简单的电阻器和受控电压源。通过压控电流源309的电流量可以使用漏极控制信号312来控制。可以从第一计算设备124或任何其它合适的计算设备接收漏极控制信号312。
以这种方式吸收DC电流可以导致积分散斑强度波动的高信噪比。由于从光电二极管电流112中去除了非波动DC电流303，因此可以减小积分电流121输出的幅值。然而，积分电流121的变化可以显著增加。
转到图4，示出了压控电流源309的一种可行实施方案的原理图的示例。可以实现包括驱动控制漏极电流412的量的MOSFET 409的运算放大器缓冲器406的电流漏极路径403。压控电流源还可以包括缓冲器-MOSFET电阻器415、MOSFET-源极电阻器418和DC电压源421。
运算放大器缓冲器406可以是包括两个输入端和一个输出端的任何合适的运算放大器。运算放大器缓冲器406的输入可以是可以由来自第一计算设备124的漏极控制信号312控制的输入电压424。
MOSFET 409可以是n沟道增强型MOSFET。然而，在一些示例中，也可以使用适于控制电流量的其它各种MOSFET或其它电气部件。缓冲器-MOSFET电阻器415和MOSFET-源极电阻器418均可以是任何合适的电阻器或电阻器的布局。缓冲器-MOSFET电阻器415可以连接在运算放大器缓冲器406和MOSFET 409的栅极端之间。MOSFET源极电阻器418可以连接在MOSFET 409的源极端和DC电压源421之间。DC电压源421可以是任何合适的DC电压的源。
漏极电流412可以是运算放大器缓冲器406的输入电压424的函数。在一些示例中，运算放大器缓冲器406的输入电压424可以由第一计算设备124、第二计算设备133或其它计算设备控制。当以使漏极电流412变得等于非波动DC电流303的方式控制输入电压424时，信号对比度和信噪比会处于最大值。
转到图5，示出了与第二计算设备133进行数据通信的一个或多个第一计算设备124。每个第一计算设备124包括处理器503和存储器506，它们中的每一个都电气地和通信地耦合到本地接口509。为此，每个第一计算设备124可以表示服务器计算机、客户端计算设备(例如，个人计算机、移动设备、智能电话、平板电脑、可穿戴计算设备等)、单板计算机(例如，微控制器、片上系统(SoC)或类似设备)。本地接口509可以包括具有随附地址/控制总线或其它总线结构的数据总线。
存储器506中存储的是数据和可由处理器503执行的若干组件。特别地，存储器506中存储的和可由处理器503执行的是数据获取应用512、控制应用515和潜在的其它应用。存储器506中存储的还可以是测量数据518和其它数据。另外，操作系统可以存储在存储器506中并且可由处理器503执行。
应当理解，可以存在存储在存储器506中并且可由处理器503执行的其它应用。在以软件的形式实现本文所讨论的任何组件的情况下，可以采用多种编程语言中的任何一种，诸如例如C、C++、C#、Objective C、
Figure BDA0003794282880000101
Perl、PHP、Visual
Figure BDA0003794282880000102
Ruby或
Figure BDA0003794282880000103
多个软件组件存储在存储器506中并且可由处理器503执行。在这方面，术语“可执行”表示形式为最终可以由处理器503运行的程序文件。例如，可执行程序的示例可以是可以被翻译成机器代码的编译程序，所述机器代码具有可以被加载到存储器506的随机存取部分中并且由处理器503运行的格式，或者以适当格式表达的源代码，诸如能够被加载到存储器506的随机存取部分中并且由处理器503执行的目标代码，或者可以被另一可执行程序解释以在存储器506的随机存取部分中生成将由处理器503执行的指令的源代码，等等。可执行程序可以存储在存储器506的任何部分或组件中，包括例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、固态驱动器、通用串行总线(USB)闪存驱动器、存储卡、诸如压缩盘(CD)或数字多功能盘(DVD)的光盘、软盘、磁带或其它存储器组件。
处理器503可以表示多个处理器503或多个处理器核，并且存储器506可以表示分别在并行处理电路中操作的多个存储器506。在这种情况下，本地接口509可以是促进多个处理器503中的任何两个之间、任何处理器503与任何一个存储器506之间、或存储器506中的任何两个之间的通信的适当网络。本地接口509可以包括被设计用于协调该通信的附加系统，包括例如执行负载平衡。处理器503可以是电的或一些其它可用的结构。
存储器506在此被定义为包括易失性和非易失性存储器以及数据存储组件。易失性组件是在掉电时不保留数据值的那些组件。非易失性组件是在掉电时保留数据的那些组件。因此，存储器506可以包括例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、固态驱动器、USB闪存驱动器、经由存储卡读取器访问的存储卡、经由相关联的软盘驱动器访问的软盘、经由光盘驱动器访问的光盘、经由适当的磁带驱动器访问的磁带、或其它存储器组件、或这些存储器组件中的任何两个或更多个的组合。此外，RAM可以包括例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或磁性随机存取存储器(MRAM)和其它这样的设备。ROM可以包括例如可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它类似的存储器设备。
数据获取应用512表示读取与从积分器115接收的输入信号相对应的输入的应用。数据获取应用512可执行一个或多个读取操作以读取输入信号。所述输入信号可以是例如积分电流121或暗电流。数据获取应用可以将输入信号的光子强度测量记录在测量数据518中。数据获取应用可以将包括测量数据518的至少一部分的数据信号130发送到第二计算设备133。
控制应用515表示通过将一个或多个积分控制信号118发送到积分器115来控制积分器115的操作的应用。例如，控制应用515可生成积分控制信号118以“开始”积分操作或“复位”积分器115。这样，控制应用515可通过生成积分控制信号118来控制积分的定时，以控制积分器115的积分和复位。控制应用515可以基于从第二计算设备133接收的命令发送积分控制信号118。在一些示例中，控制应用515可以通过向压控电流源309发送一个或多个漏极控制信号312来控制压控电流源309的操作。例如，控制应用515可以生成漏极控制信号312来设置压控电流源309的输入电压424。
测量数据518表示由第一计算设备124在各种积分时间接收的输入信号的积分光子强度的记录测量。对于由数据获取应用512执行的每个读取操作，数据获取应用512可以将输入信号的光子强度测量记录在测量数据518中。包括测量数据518的至少一部分的数据信号130可以被发送到第二计算设备133。
第二计算设备133可以包括提供计算能力的任何系统。第二计算设备133可以接收包括测量数据518的至少一部分的数据信号130。第二计算设备133可以从数据信号130读取积分帧，以使用扩散散斑对比度分析来计算散斑可见度并且估计血流。第二计算设备133可以向控制应用515发送一个或多个命令127。这些命令127可以指示控制应用515将一个或多个积分控制信号118发送到积分器115。积分控制信号118可以控制积分器115的积分和复位。命令127也可以在积分器115被复位之前指定要获得多少光子强度测量。
在一些示例中，命令127可以指示控制应用515向压控电流源309发送一个或多个漏极控制信号312。漏极控制信号312可以控制压控电流源309的输入电压424。命令127还可以指定压控电流源309的输入电压424。然而，在一些示例中，由第二计算设备133执行的功能可以由可由第一计算设备124执行的应用来执行。
转到图6，示出了根据各种实施例提供数据获取应用512的一部分的操作的一个示例的流程图。应当理解，图6的流程图仅仅提供了可以用来实现本公开的各种实施例的许多不同类型的功能布局的示例。作为替代，图6的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例实现的方法的元素的示例。
从框603开始，数据获取应用512执行读取操作以记录对应于在第一计算设备124处接收的暗电流的输入。当控制应用515发送使积分器115开始积分的积分控制信号118时，可执行此读取操作。这可以允许在第一计算设备124处接收积分电流121之前测量暗电流。暗电流可以是从光电二极管109流出的任何漏电流，其产生与光电二极管109接收的光子无关。
然后，在框606处，数据获取应用512执行读取操作以记录对应于在第一计算设备124处接收的积分电流121的输入。此读取操作可在控制应用515发送使积分器115开始积分的积分控制信号118之后执行。积分电流121的光子强度测量可被记录在测量数据518中。
进行到框609，数据获取应用512校正在框606处记录的积分电流121中的暗电流噪声。例如，可以从积分电流121的光子强度测量中减去在框603处记录的暗电流的光子强度测量。然后，校正的光子强度测量可以被记录在测量数据518中。
然后进行到框612，数据获取应用512确定是否执行另一读取操作。数据获取应用512是否执行另一读取操作可取决于给定积分帧要记录多少光子强度测量。数据获取应用512可以执行随后的读取操作以获得给定积分帧的多光子强度测量。如果要执行另一读取操作，则数据获取应用512的执行返回到框606。如果不执行另一读取操作，则数据获取应用512的执行进行到框615。
在框615，数据获取应用512向第二计算设备133发送数据信号130。数据信号130可以基于测量数据518。例如，数据信号130可以包括关于在积分期间测量的光子强度的波动的数据。
转到图7，示出了根据各种实施例提供控制应用515的一部分的操作的一个示例的流程图。应当理解，图7的流程图仅仅提供了可以用于实现本公开的各种实施例的许多不同类型的功能布局的示例。作为替代，图7的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例实现的方法的元素的示例。
从框703开始，控制应用515从第二计算设备接收命令127。命令127指示控制应用使积分器115开始对光电二极管电流112进行积分。命令127还可以包括关于在控制应用515使积分器115停止对光电二极管电流112进行积分并复位之前数据获取应用512要记录多少光子强度测量的指令。
接下来，在框706处，控制应用515将至少一个第一积分控制信号118发送到积分器115。第一积分控制信号118可以使积分器115开始积分。例如，第一积分控制信号118可以使积分器115中的多个开关打开或闭合，使得积分器115开始对光电二极管电流112进行积分。控制信号也可用于操作压控电流源309。
进行到框709，控制应用515将至少一个第二积分控制信号118发送到积分器115。第二积分控制信号118可以使积分器复位并停止对光电二极管电流112进行积分。一旦数据获取应用512获得了多个光子强度测量，控制应用515就可以发送第二积分控制信号118。
尽管数据获取应用512、控制应用515和本文所述的其它各种系统可以由如上所述的通用硬件执行的软件或代码来实现，但作为替代方案，数据获取应用512、控制应用515和本文所述的其它各种系统也可以专用硬件或软件/通用硬件与专用硬件的组合来实现。如果以专用硬件来实现，则每个可以实现为采用多种技术中的任何一种或其组合的电路或状态机。这些技术可包括但不限于，具有在应用一个或多个数据信号时实现各种逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当逻辑门的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它组件等。这些技术通常是本领域技术人员公知的，因此在此不作详细描述。
图4和图5的流程图示出了数据获取应用512或控制应用515的部分的实现的功能和操作。如果以软件来实现，则每个框可以表示包括用于实现指定逻辑功能的程序指令的代码的模块、片段或部分。程序指令可以以包括以编程语言编写的人类可读语句的源代码或包括由计算机系统或其它系统中的诸如处理器503的合适的执行系统识别的数字指令的机器代码的形式来实现。机器代码可通过各种过程从源代码转换。例如，机器代码可以在执行对应的应用之前利用编译器从源代码生成。作为另一示例，机器代码可在用解释器执行的同时从源代码生成。也可以使用其它方法。如果以硬件来实现，则每个块可以表示用于实现指定的一个或多个逻辑功能的电路或多个互连电路。
尽管图4和图5的流程图示出了特定的执行顺序，但是应当理解，执行顺序可以与所描述的不同。例如，两个或更多个块的执行顺序可以相对于所示顺序被打乱。而且，图4和图5中连续所示的两个或更多个块可以同时执行或部分同时执行。此外，在一些实施例中，可以跳过或省略图4和图5中所示的一个或多个框。此外，为了增强实用性、计费、性能测量或提供故障检修辅助等的目的，可以将任何数量的计数器、状态变量、警告信号或消息添加到本文所述的逻辑流程。应当理解，所有这些变化都在本公开的范围内。
此外，本文所述的包括具有软件或代码的数据获取应用512和控制应用515的任何逻辑或应用可以任何非暂时性计算机可读介质实现，以供指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用，指令执行系统诸如例如是计算机系统或其它系统中的处理器503。在这种意义上，逻辑可以包括例如语句，语句包括可以从计算机可读介质中取出并由指令执行系统执行的指令和声明。在本公开的上下文中，“计算机可读介质”可以是能够包含、存储或维护本文所述的逻辑或应用以供指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的任何介质。
计算机可读介质可以包括许多物理介质中的任何一种，诸如例如磁性、光学或半导体介质。更具体的合适的计算机可读介质的示例包括但不限于磁带、磁软盘、磁硬盘驱动器、存储卡、固态驱动器、USB闪存驱动器或光盘。并且，计算机可读介质可以是随机存取存储器(RAM)，包括例如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)，或者磁性随机存取存储器(MRAM)。此外，计算机可读介质可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它类型的存储器设备。
此外，本文所述的包括数据获取应用512和控制应用515的任何逻辑或应用可以各种方式实现和构造。例如，所述的一个或多个应用可以被实现为单个应用的模块或组件。此外，本文所述的一个或多个应用可以在共享或单独的计算设备或其组合中执行。例如，本文所述的多个应用可以在相同计算设备中执行，或者在相同计算环境或计算集群中的多个计算设备中执行。
除非另外具体说明，否则诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”的分离性语言在用于呈现的上下文中通常被理解为项目、术语等可以是X、Y或Z或其任意组合(例如，X；Y；Z；X和/或Y；X和/或Z；Y和/或Z；X、Y和/或Z等)。因此，这种分离性语言通常不旨在并且不应当暗示某些实施例需要X中的至少一个、Y中的至少一个或Z中的至少一个各自存在。
应当强调的是，本公开的上述实施例仅仅是为了清楚地理解本公开的原理而阐述的实施方式的可行示例。在基本上不偏离本公开的精神和原理的情况下，可以对上述实施例进行许多变化和修改。所有这些修改和变化都旨在包括在本公开的范围内并由所附权利要求保护。
在以下条款中阐述本公开的若干示例实现方式。如在前述讨论中所说明的，尽管这些条款说明了本公开的各种实现和实施例，但是这些条款不是本公开的仅有的实现或实施例的叙述。
条款1-一种系统，包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为至少部分地基于所述光电二极管接收的多个光子来输出光电二极管电流；积分器，所述积分器被配置为至少部分地基于所述光电二极管电流来输出积分电流；第一计算设备，所述第一计算设备包括处理器和存储器；以及存储在所述存储器中的机器可读指令，所述机器可读指令在由所述处理器执行时使所述第一计算设备至少执行以下操作：响应于从第二计算设备接收第一命令，将第一控制信号发送到开关，所述第一控制信号使所述积分器开始输出所述积分电流；从积分器接收积分电流；读取对应于所述积分电流的输入；以及响应于从所述第二计算设备接收第二命令，将第二控制信号发送到所述开关，所述第二控制信号使所述积分器停止输出所述积分电流。
条款2-条款1的系统，其中所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将数据信号发送到所述第二计算设备，所述数据信号至少部分地基于所述积分电流。
条款3-条款1或2的系统，还包括压控电流源，其中所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述漏极控制信号指定所述压控电流源的输入电压的值。
条款4-条款1-3中任一项的系统，其中所述压控电流源包括运算放大器缓冲器和金属氧化物半导体场效应晶体管。
条款5-条款1-4中任一项的系统，其中所述积分电流是积分时间的函数。
条款6-条款1-5中任一项的系统，其中：所述多个光子扩散通过组织，所述光电二极管电流与所述多个光子的散斑强度波动成正比，以及所述光电二极管以光伏模式运行，使得光电二极管电流从所述光电二极管的阳极流向所述光电二极管的阴极。
条款7-条款1-6中任一项的系统，其中所述积分器包括运算放大器。
条款8-条款1-6中任一项的系统，其中所述积分器包括电阻器-电容器电路。
条款9-一种方法，包括：由计算设备将激活积分控制信号发送到开关；由所述计算设备从积分器接收积分电流，所述积分电流至少部分地基于由光电二极管生成的光电二极管电流；由所述计算设备将复位积分控制信号发送到所述开关。
条款10-条款9的方法，其中，将所述激活积分控制信号发送到所述开关使所述积分器对来自光电二极管的信号进行积分，并且将所述激活积分控制信号发送到所述开关还包括：由所述计算设备将第一激活积分控制信号发送到第一开关，其中，所述第一激活积分控制信号使所述第一开关闭合；以及由所述计算设备将第二激活积分控制信号发送到第二开关，其中，所述第二激活积分控制信号使所述第二开关断开。
条款11-条款9或10的方法，其中将所述复位积分控制信号发送到所述开关包括：由所述计算设备将第一复位积分控制信号发送到所述第一开关，其中，所述第一复位积分控制信号使所述第一开关断开；以及由所述计算设备将第二积分复位控制信号发送到所述第二开关，其中，所述第二积分复位控制信号使所述第二开关闭合。
条款12-条款9-11中任一项的方法，还包括由所述计算设备将漏极控制信号发送到压控电流源，其中，所述漏极控制信号使所述压控电流源生成输入电压。
条款13-一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包含可在至少一个计算设备中执行的应用，所述应用在被执行时使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：将漏极控制信号发送到压控电流源，所述漏极控制信号使所述压控电流源生成输入电压；将第一积分控制信号发送到开关，所述第一积分控制信号使所述开关闭合；读取对应于积分电流的输入；以及将第二积分控制信号发送到所述开关，所述第二积分控制信号使所述开关断开。
条款14-条款13的非暂时性计算机可读介质，其中，所述应用在被执行时还使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：接收暗电流，其中，所述暗电流包括流过光电二极管的漏电流；读取对应于所述暗电流的输入；以及至少部分地基于所述积分电流和所述暗电流来确定校正电流。
条款15-条款13或14的非暂时性计算机可读介质，其中：响应于从另一计算设备接收第一命令，将所述漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述第一命令包括多个伏特，响应于从所述另一计算设备接收第二命令，将所述第一积分控制信号发送到所述开关，所述第二命令包括使积分器开始积分的指令，以及响应于从所述另一计算设备接收第三命令，将所述第二积分控制信号发送到所述开关，所述第三命令包括使所述积分器停止积分的指令。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
光电二极管，所述光电二极管被配置为至少部分地基于所述光电二极管接收的多个光子来输出光电二极管电流；
积分器，所述积分器被配置为至少部分地基于所述光电二极管电流来输出积分电流；
第一计算设备，所述第一计算设备包括处理器和存储器；以及
存储在所述存储器中的机器可读指令，所述机器可读指令在由所述处理器执行时使所述第一计算设备至少执行以下操作：
响应于从第二计算设备接收第一命令，将第一控制信号发送到开关，所述第一控制信号使所述积分器开始输出所述积分电流；
从积分器接收积分电流；
读取对应于所述积分电流的输入；以及
响应于从所述第二计算设备接收第二命令，将第二控制信号发送到所述开关，所述第二控制信号使所述积分器停止输出所述积分电流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将数据信号发送到所述第二计算设备，所述数据信号至少部分地基于所述积分电流。
3.根据权利要求1或2所述的系统，还包括压控电流源，其中所述机器可读指令在由所述处理器执行时还使所述第一计算设备至少将漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述漏极控制信号指定所述压控电流源的输入电压的值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述压控电流源包括运算放大器缓冲器和金属氧化物半导体场效应晶体管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述积分电流是积分时间的函数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中：
所述多个光子扩散通过组织，
所述光电二极管电流与所述多个光子的散斑强度波动成正比，以及
所述光电二极管以光伏模式运行，使得光电二极管电流从所述光电二极管的阳极流向所述光电二极管的阴极。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述积分器包括运算放大器。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述积分器包括电阻器-电容器电路。
9.一种方法，包括：
由计算设备将激活积分控制信号发送到开关；
由所述计算设备从积分器接收积分电流，所述积分电流至少部分地基于由光电二极管生成的光电二极管电流；
由所述计算设备读取对应于所述积分电流的输入；以及
由所述计算设备将复位积分控制信号发送到所述开关。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述激活积分控制信号发送到所述开关使所述积分器对来自光电二极管的信号进行积分，并且将所述激活积分控制信号发送到所述开关还包括：
由所述计算设备将第一激活积分控制信号发送到第一开关，其中，所述第一激活积分控制信号使所述第一开关闭合；以及
由所述计算设备将第二激活积分控制信号发送到第二开关，其中，所述第二激活积分控制信号使所述第二开关断开。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，将所述复位积分控制信号发送到所述开关包括：
由所述计算设备将第一复位积分控制信号发送到所述第一开关，其中，所述第一复位积分控制信号使所述第一开关断开；以及
由所述计算设备将第二积分复位控制信号发送到所述第二开关，其中，所述第二积分复位控制信号使所述第二开关闭合。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，还包括由所述计算设备将漏极控制信号发送到压控电流源，其中，所述漏极控制信号使所述压控电流源生成输入电压。
13.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包含可在至少一个计算设备中执行的应用，所述应用在被执行时使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：
将漏极控制信号发送到压控电流源，所述漏极控制信号使所述压控电流源生成输入电压；
将第一积分控制信号发送到开关，所述第一积分控制信号使所述开关闭合；
读取对应于积分电流的输入；以及
将第二积分控制信号发送到所述开关，所述第二积分控制信号使所述开关断开。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中，应用在被执行时还使所述至少一个计算设备至少执行以下操作：
接收暗电流，其中，所述暗电流包括流过光电二极管的漏电流；
读取对应于所述暗电流的输入；以及
至少部分地基于所述积分电流和所述暗电流来确定校正电流。
15.根据权利要求13或14所述的非暂时性计算机可读介质，其中：
响应于从另一计算设备接收第一命令，将所述漏极控制信号发送到所述压控电流源，所述第一命令包括多个伏特，
响应于从所述另一计算设备接收第二命令，将所述第一积分控制信号发送到所述开关，所述第二命令包括使积分器开始积分的指令，以及
响应于从所述另一计算设备接收第三命令，将所述第二积分控制信号发送到所述开关，所述第三命令包括使所述积分器停止积分的指令。
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