CN101254108A - 轻质坚固的数字x射线探测器 - Google Patents

Abstract

一种X射线探测器(30)，其便携、轻质并且坚固，包括泡沫层(78、80)，该泡沫层将其成像面板(58、60、68、70)封装起来。电子装置(72)位于成像部件(58、60、68、70)的覆盖区(52)之外。探测器的部件装在碰撞吸收盖装置(48)内。

Description

轻质坚固的数字X射线探测器

技术领域

本发明总的涉及X射线探测器，更具体地涉及用于数字射线照相术的X射线探测器的盖体组件，该盖体组件能够吸收高能撞击，以防止该X射线探测器的内部部件破裂。

背景技术

X射线成像是一种捕获医疗病人图像的非侵入技术，用于临床诊断以及检查密封容器的包含物，例如行李、包裹和其他的打包物品。为了捕获这些图像，X射线源用扇形X射线束辐射扫描目标。然后，X射线将随着其穿过该扫描目标而衰减。由于该目标内部组成的变化而导致衰减程度在扫描目标上改变。衰减的能量撞击在X射线探测器上，该探测器被设计成将该衰减能量转变成能够用于图像重建的形式。控制系统读出储存在该X射线探测器中的电荷，并产生相应的图像。对于传统的屏片(screen film)探测器，图像显影在胶片上，使用背光进行显示。

与日俱增地，平板、数字X射线探测器被用于获得图像重建的数据。平板探测器通常被构造具有闪烁体，该闪烁体用于将X射线转变为能够被感光层探测的可见光。该感光层包括感光阵列或者探测器元件阵列，其中每个都储存与该光线成比例、能够被单独探测的电荷。通常，每个探测器元件都具有光敏区域和由电子组成的区域，以控制电荷的储存和输出。该光敏区域通常地由光电导体组成，当遇到可见光时，电子被释放到该光电导体内。在这个曝光期间，电荷被集聚在每个探测器元件中，并储存在处于该电子装置区域的电容中。曝光后，使用可控逻辑电子装置读出每个探测器元件中的电荷。

使用基于晶体管的开关对每个探测器元件进行常规控制。在这方面，该晶体管的源极与该电容相连，该晶体管的漏极与读出线相连，该晶体管的栅极与布置在该探测器电子装置上的扫描控制接口相连。当向该栅极施加负电压时，该开关被驱动为OFF(关)状态，也就是，该源极和漏极之间非导通。另一方面，当向该栅极施加正电压时，该开关被转变为ON(开)状态，从而使该源极和漏极之间导通。该探测器阵列的每个探测器元件都构造有各自的晶体管，并以与下面描述一致的方式受到控制。

具体地，在暴露于X射线期间，负电压被施加至所有的栅极线，从而引起所有的晶体管开关被驱动或置于OFF状态。结果，在曝光期间累积的任何电荷都被储存在每个探测器元件电容中。在读出期间，顺次向每个栅极线施加正电压，每次一个栅极线。也就是，该探测器是探测器元件的x-y矩阵，以及一条线上晶体管的所有栅极都连接在一起，从而在将一个栅极线转为ON的同时，读取那条线上的所有探测器元件。在这方面，每次只能读取一条探测器线。多路复用器也可被用于来支持以光栅(raster)形式读出探测器元件。按顺序单独读取每个探测器元件的一个好处是，来自一个探测器元件的电荷不会通过任何其他探测器元件。从而，每个探测器元件的输出被输入给数字转换器，该数字转换器将获得的信号数字化用于随后每个像素基的图像重建。重建图像的每个像素对应于探测器阵列的单个探测器元件。

如上所述，间接探测、数字X射线探测器利用例如碘化铯(CsI)的闪烁材料层将入射的辐射转变为可见光，该可见光能够被探测器阵列中的各个探测器元件的感光区域探测。通常，晶体管控制的探测器元件被支撑在薄玻璃基底。基底由面板支撑，该基地既支撑该探测器元件又支撑该闪烁体层。该支撑面板不仅被设计成支撑该探测器部件，而且还与电子装置绝缘，以控制探测器部件中的探测器。该电子装置由盖体组件的底部支持，该盖体组件封闭该X射线探测器的内部部件。

这种常规的分层结构导致X射线探测器相对重且厚，其可能成为便携X射线探测器设计的显著难题。也就是，将该成像部件与该读出进行机械隔离的支撑面板相对重且厚。但是，迄今为止，对于便携X射线探测器需要相对厚的支撑面板来防止受病人载荷影响时成像部件的破裂，例如，直接放在将被成像的病人的下面，以及当受到这种载荷影响时，防止读出电子装置被压入成像部件中，但是这要以增加该X射线探测器的大小、重量和厚度为代价。

此外，如上所述，通常的X射线探测器被这样构造，使得读出电子装置和例如该探测器的母板的其他电子装置被设置在一个层上，该层位于该成像部件层的下面。这种结构的缺点是，在数据获取期间中，尤其是用于高射线剂量获取时，X射线可能穿过该探测器层、玻璃基底、面板支撑件和母板。然后，这些X射线反射离开该玻璃基底后面的任何物体，例如该读出电子装置。这种现象通常称作“反向散射”，并且会向重建的图像中引入伪影。也就是，该“反向散射”X射线可能被该闪烁体探测到，转变成光，从而被探测器元件中的感光区域探测。结果，该重建的图像可能包括该探测器电子装置和/或面板支撑的特征，进而产生图像伪影，在辨识该目标或者物体的内部构成时，这种伪影可能会导致放射线学者或者检查员误诊。

因此，理想的是设计一种X射线探测器，其较少受到反向散射作用的影响，质量轻而且相对薄，而且坚固。

发明内容

本发明涉及一种X射线探测器，其克服上述的缺点。该X射线探测器是便携、轻质并且坚固的，包括封装其成像部件的泡沫层。相对厚且重的传统X射线探测器的面板支撑已经被薄且轻的平板代替。而且，该电子装置被置于该成像部件的覆盖区(footprint)之外。

因此，根据本发明的一个方面，公开一种X射线探测器。该探测器包括一个成像面板，该成像面板被配置成响应X射线的接收而输出电子信号，和成像面板被夹在其间的一对震动吸收层。盖体组件用于封装该成像面板和该对震动吸收层。

根据另一方面，本发明包括一个固态X射线探测器，其具有一个闪烁体层，被配置成响应X射线曝光而输出光，和一个光敏探测器元件阵列，该光敏探测器元件由玻璃基底支撑，并被配制成存储作为由闪烁体层在数据获取期间所输出光的函数的电荷，并输出表示在读出期间存储的电荷的电信号。该探测器还包括一个读出电子板，该电子板位于该玻璃基底区域之外，并与光敏探测器元件阵列可操作地耦合。

根据本发明的再另一方面，提供了一个盖体组件，用于封装当前的X射线探测器部件。该盖体组件具有一个顶部支撑面板和一个底部支撑面板。该盖体组件还具有一个成像板，该成像板形成在该顶部支撑面板上。该成像板限定该顶部支撑面板的周边区域和中心区域。而且，该顶部支撑面板和底部支撑面板的至少一个X射线透过的、石墨环氧光纤(graphite fiber-epoxy)合成物形成，使得该周边区域比该中心区域厚。

根据随后的详细说明和附图中，本发明的各种其他特征和优点将被变得明显。

附图说明

附图显示了当前实现的用于实施本发明的一个优选实施例。

在附图中：

图1是示例的移动X射线成像系统的视图。

图2是图1中所示的示例X射线成像系统的示意框图。

图3是根据本发明一个方面，便携、固态、平板、数字X射线探测器的透视图。

图4是图3中所示的X射线探测器的分解图。

图5是根据本发明的另一方面的X射线探测器的剖面图。

优选实施方式

下面将就平板、固态、间接探测、便携数字的X射线探测器对本发明进行描述，该X射线探测器与移动X射线成像系统一起使用。但是，本发明与包括直接探测数字探测器的其他类型的X射线探测器是等效的。另外，本发明可与静止或者固定的室内X射线成像系统一起使用。此外，本申请涉及的成像“目标”以及成像“物体”，这些术语之间不互相排斥，并且，同样的，这些术语的应用是可互换的，并不限制附后的权利要求的范围。

现在参照附图1，其中所示的是能与便携X射线探测器一起使用被构成本发明的示例移动X射线成像系统10。X射线源12被安装在或者以其他的方式固定在水平臂20的一端。臂20使该X射线源12可易变地以如此方式定位在目标的上方，以至于使对感兴趣的具体区域辐射最优化。该X射线源12通常通过万向型布置(未示出)而被设置在柱状物14中。在这方面，为了对该目标进行X射线曝光，该X射线源可从该移动X射线单元底部16上的静止或者停止位置向该目标上方的适当位置被垂直旋转。柱状物14的旋转运动通常地限于360度或者更小，以防止高压电缆18的缠结，该高压电缆用于向该X射线源12提供电能。电缆18可连接底部16中的公用事业管线电源(未示出)或者电池(未示出)，以向该X射线源12及该系统10的其他电子部件提供电能。本领域的技术人员可以理解，系统10可被配备或者连接至显示单元(未示出)，用于显示从成像目标捕获的图像。

参照图2，显示了X射线成像系统10的示意图。如上所涉及的，系统10包括X射线源12，该射线源12被设计成从焦点24沿轴26向被成像物体28发射扇形辐射束22。本领域的技术人员可以理解，利用示例的X射线成像系统10，可对医学病人，以及行李、包裹及其类似物进行非侵入性的检查。平板数字探测器30探测穿过且被物体28衰减的X射线。如图2示意所示，如包括准直仪叶片的准直仪组件32可被用于准直该X射线扇形束22，以控制辐射的范围。

主机或者扫描仪接口34包括通信接口36，键盘38或者其他数据输入设备、CPU 40、存储器42和例如计算机监视器的显示单元44，用于显示物体的重建图像。总线46将键盘38、CPU 40、存储器42和显示单元44与通信接口36连接。该CPU可包括微处理器、数字信号处理器、微控制器和其他被设计成执行逻辑和处理操作的设备。与X射线图像相应的信号经由读出电子装置46从平板探测器30读出。虽然没有未在图中示出，但可以想象到主机接口34可经由因特网或者通信链路连接至集中式设施，以便监视和维持。

此外，该读出电子装置可读出来自平板探测器的信号，该平板探测器横跨探测器和成像系统之间的连接缆线。还可以想象到，可通过探测器和成像系统之间的无线通信来实现读出操作。在这方面，本领域的技术人员将会理解，该成像系统和探测器可配备有收发机、天线和其他操作电路以支持数据的无线传输。

现在参照图3，该透视图显示结合本发明的一个便携、平板X射线探测器30。探测器30优选为间接探测、固态、数字探测器，其根据闪烁体的发光来确定穿过成像物体的X射线的衰减，闪烁体在X射线入射时发光。该探测器30包括由轻质、坚固复合材料形成的盖体48。把手50被结合到盖体，以支持探测器的便携性。如所示，无需固定系链，可以构造探测器30。在这方面，该探测器可以被连接到系链(未示出)，该系链在使用时被连接到读出电子装置。当不使用时，该探测器可容易地与系链分开并远离成像系统被保存。盖体的顶部包括样板或者成像窗格(pane)52，其在视觉上限定闪烁体层和探测器内的其他成像面板部件的表面尺寸。样板52被设计为视觉上协助使用者定位用于数据获取的探测器，而且还将探测器的周边区域(成像窗格的外部)与中心区域(成像窗格的内部)区分开。

尽管本发明特别适用于间接探测的数字探测器，但是本发明也可用于直接探测的数字探测器来实现。直接探测的数字探测器利用的是非结晶硒或者被耦合至薄膜晶体管阵列的类似物质的光导体。X射线在硒层内的相互作用释放出电子(或者电子空穴)，其用于直接形成信号。电极经常被用于产生穿过该硒层的电场，以将横向分布的电子减少到最小，从而保持空间分辨率。除了硒之外，也可使用碘化汞、碲化镉和碘化铅。

现在参照图4，分解图示意地示出探测器30的内部组成。探测器30包括顶盖54，顶盖54与底盖56一起为其内部部件提供外壳或者封闭套。盖54、56都优选为透过X射线的合成材料形成，例如石墨纤维环氧树脂合成物，以便在受到载荷或者下落时覆盖探测器部件并保护其不破裂。可以想象到，盖54和56可由缓冲器、泡沫填充物、碰撞吸收材料层及类似物构成，以便在下落或者受到载荷时避免探测器部件的破裂。组装时，以这种方式构成顶盖54：该探测器可放在地面上并支持直立目标。在这方面，顶盖面板54被设计成在受到应力时最低限度地偏斜。此外，在可选择的实施例中，顶盖54由X射线透过材料组成，但是底盖56由X射线吸收材料组成。

装配时，顶盖54和底盖56共同形成把手50。该把手支持该探测器的便携性。此外，该探测器被构造成能与系链(未示出)快速脱离，该系链在数据获取和读出期间被用于将探测器连接至扫描仪。这样，探测器30就可以在多个彼此相距远的扫描位置间来回转移。这尤其对急诊室和其他检伤分类设施有用。另外，探测器的便携性和可拆分性还增强了移动X射线成像系统的移动性，如图1所示。

探测器30还包括闪烁体层58，该闪烁体层58被设计为将入射的X射线或者伽马射线转变成可见光。闪烁体层58可由CsI或者其他闪烁材料构成，闪烁体层58被设计为发出与接收的X射线数量和能量成比例的光。这样，在闪烁体层58的那些区域中，光发射会更高，该区域中接收到的更多的X射线或者接收的X射线的能级都较高。由于目标的合成物会衰减由X射线管射出的X射线，所以撞击在闪烁体层上的X射线能级在闪烁体层上将是不均匀的。这种在光发射方面的差异将被用于捕获在重构图像时的对比度。

由闪烁体层58发出的光被探测器元件阵列60中的探测器元件探测到。每个探测器元件62对应于重建图像中的图像元素或者像素。每个探测器元件62都包括感光或者光导区域64和个电子装置区域66。在对X射线曝光期间，电子被释放到感光区域64，其与在区域64中探测到的光成比例。电子装置区域66包括一个电容器(未示出)，其存储由该感光区域积累的电荷。曝光后，电子装置区域66中的薄膜晶体管(未示出)被偏置，以便将该电容连接至X射线扫描仪中的读出电子装置。通常，利用多路复用器(未示出)来控制离散探测器元件以连续、光栅方式读取。在这方面，每个探测器元件的输出被顺序输入到数字转换器中，用于随后的图像重建的数字化。

探测器元件62的薄膜晶体管由玻璃基底68支撑。蚀刻在基底68上的引线(未示出)用于探测器元件的电子输出路线，以及向该薄膜晶体管施加偏压。玻璃基底通常非常薄而且易碎。在这方面，如上所述，顶盖和底盖54、56都用碰撞吸收材料来设计，以有助于防止该玻璃基底的破裂。此外，由于在成像期间，该探测器30可能要用于支撑一个相对大的载荷，例如对一个中等形体的成年男性的脚进行成像，所以顶盖面板54还被设计成能减小探测器上的载荷的形式，以进一步防止该玻璃基底和其他探测器部件的破裂。

该玻璃基底68由薄而轻的探测器面板支撑件70支持。面板支撑件70优选被构造以包括除结构支撑材料外的辐射吸收材料。将辐射吸收材料合并到面板支撑件内减少或者消除了反向散射的X射线的探测。也就是，辐射吸收材料吸收穿过闪烁体层、探测器元件阵列和玻璃基底的X射线，以及偏离探测器背盖的X射线。

电子板72位于该玻璃基底68和面板支撑件70的区域外侧，并支撑探测器的处理和逻辑控制电子装置。该电子装置优选包括LED，用于监控探测器的操作和诊断。母板还可包括温度传感器，用于提供有关该探测器的温度和该目标温度的反馈。该电子装置还可支撑一个加速计，该加速计被设计为探测该探测器的加速度并进而存储数据。在这方面，该加速计可用于当该探测器的加速度发生急剧增加时，例如当下落时，记录数据和时间。该电子装置还可包括各种存储设备，包括闪存。在无线实施方式中，母板可包括天线和收发机，用于向X射线扫描仪无线传输数据。此外，该电子装置可包括电池或者其他DC电源，用于为探测器电子装置供电。该电子装置板还包括读出电子装置，该读出电子装置控制从探测器阵列60的电子装置区域66读出电荷。优选地，面板支撑盘延伸到探测器面板之外，而且该电子装置附在该面板支撑件上。由于在面板和电子装置之间有许多电子连接，因此将它们固定在同一个面板支撑盘上能减少相互连接上的应力。

如上所述，X射线探测器被设计成能够经得住相对高能量的撞击、应力和张力，使得相对敏感的部件，例如闪烁体层、探测器元件阵列、玻璃基底和母板在探测器下落或者被踏上时不会损坏。在这方面，造一个实施例中，该X射线探测器30包括两个碰撞吸收材料层74、76。一层74对于顶盖面板54的底面密封或者以另外的方式置于该底面附近，使得其夹在该顶盖面板和闪烁体层58之间。另一个层76对于底面板56的上表面密封或者以其他方式置于该上表面附近，使得其夹在母板72和底面板56之间。虽然示出了两个碰撞吸收层74、76，但是可以想象到该探测器可能仅包括单个层，该层被优选地对于顶盖面板54的底面密封，或者包括多个层，这些层间隙地布置在探测器部件之间。在这方面，该碰撞吸收材料设计为不衰减辐射，并且，因而不干涉数据获取。

碰撞吸收材料优选弹性材料，其被设计成当下落时吸收该探测器上的震动和摆动，并且当被踏上或者受到其他载荷时，还使探测器上的力发生偏斜，例如站立的病人进行单足/双足扫描时。在这方面，当受到载荷时，该碰撞吸收材料部件会变形，而且当载荷消除时还能够恢复其形状。

可能是泡沫材料或者其他塑胶制品的弹性材料，被设计成偏斜和吸收该探测器上的应力和张力。这样，当探测器被踏上或者下落时，探测器的内部部件，例如闪烁体层、探测器元件阵列、玻璃基底和母板，不会破裂或者损坏。本领域的技术人员可以理解，该碰撞吸收材料的厚度、密度及合成物可被变化地选择，以限定该探测器可能受到载荷或者下落时不损坏该探测器部件的界限。

此外，可以想象到，层74和76可具有相同或者不同的厚度，也可由相同或者不同的碰撞吸收材料构成。例如，层74可被设计成比层76有更好的吸收性和偏斜性。在这方面，层74可能比层76厚，或者由具有改良吸收和偏斜特性的材料构成。另外，层74可由弹性特性显著的泡沫构成，而层76由聚亚安酯、PVC或者其他弹性不太显著的材料构成。

再参照图4，为了增强其抗破裂载荷的能力，该X射线探测器30还包括两个软泡沫层78、80，其将闪烁体层58、探测器元件阵列60、玻璃基底68和面板支撑件70封装在内，共同限定一个成像面板。优选地，该泡沫层78和80由人造橡胶或者其他类似橡胶的合成物构成，并其尺寸与该成像面板的覆盖区匹配。在这方面，泡沫层78和80为该探测器的成像面板提供软泡沫芯材，以分散探测器上设置的点载荷的碰撞。

现参照附图5，所示的是根据本发明的可选实施例的X射线探测器的剖面图。在这个实施例中，盖体组件54、56分别和碰撞吸收层74、76结合。在这方面，盖体组件54和56的每个都各自具有碰撞吸收材料的泡沫芯材74和76。优选地，集成的碰撞吸收层由硬但重量轻的泡沫芯材、石墨纤维环氧树脂合成物构成。此外，与图4所示的实施例比较，盖体组件部件54和56是非对称的。也就是，如图5所示，顶盖54的泡沫芯材74横向延伸穿过全部X射线探测器结构，但是底盖56的泡沫芯材76并不如此。电子装置72下方没有泡沫芯材76，这使由该电子装置产生的热量向底盖56分散。在这方面，该底盖56吸收和分散由探测器电子装置产生的热量。

如所示，电子装置72可包括多个板72(a)、72(b)，其被布置在成像面板(由部件58、60、68和70共同组成)区域之外。尽管仅示出两个板，但是可以想象到，可使用单个板或者两个以上板。通过将电路板72(a)、72(b)置于成像面板的覆盖区外侧，消除该电路板的反向散射成像。而且，减小了探测器的厚度。其中一个实施例中，探测器30厚度为16毫米。

因此，公开了一种X射线探测器。该探测器包括成像面板，该成像面板被配置成响应X射线的接收而输出电信号，和一对震动吸收层，该成像面板夹在这对吸收层之间。提供盖体组件，用于封装该成像面板和这对震动吸收层。

本发明还包括一个固态X射线探测器，其具有一个闪烁体层，被配置成响应X射线曝光而输出光，和光敏探测器元件阵列，其由玻璃基底支撑，配置成在数据获取期间，存储作为闪烁体层所输出光的函数的电荷，并在读出期间输出表示所存储电荷的电信号。该探测器还包括一个读出电子板，其位于该玻璃基底的覆盖区之外，并与光敏探测器元件阵列可操作地耦合。

还提供了一种用于封闭X射线探测器部件的盖体组件。该盖体组件具有一个顶部支撑面板和一个底部支撑面板。该盖体组件还具有在顶部支撑面板上形成的成像窗格。该成像窗格限定该顶部支撑面板的周边区域和中心区域。并且，该顶部支撑面板和底部支撑面板的至少一个由X射线透过的、石墨纤维环氧树脂合成物构成，其周边区域比中心区域厚。

本发明已经相关于优选的实施例被描述，并且意识到，对那些清楚描述的等效替代、选择和改变是可能的且在附后的权利要求的范围之内。

10	移动X射线成像系统
		12	X射线源
14	柱状物
		16	移动X射线单元底部
18	高压电缆
		20	水平臂末端
22	扇形辐射束
		24	焦点
26	轴
		28	将被成像的物体
30	平板数字探测器
		32	准直仪组件
34	主机或者扫描仪接口
		36	通信接口
38	键盘
		40	CPU
42	存储器
		44	显示单元
46	总线
		48	盖
50	把手
		52	样板或者成像窗格
54	顶盖
		56	底盖
58	闪烁体层
		60	探测器元件阵列
62	探测器元件
		64	感光或者光导区域
66	电子装置区域

68	玻璃基底
		70	探测器面板支撑件
72	电子板
		74	碰撞吸收材料
76	碰撞吸收材料
		78	软泡沫
80	软泡沫

Claims (10)

1. 一种X射线探测器(30)，包括：

成像面板(58、60、68、70)，其被配置成响应X射线的接收而输出电信号；

一对震动吸收层(78、80)，成像面板(58、60、68、70)夹在这对震动吸收层之间；和

盖体组件(40)，封装成像面板(58、60、68、70)和这对震动吸收层(78、80)。

2. 权利要求1中的X射线探测器(30)，其中，盖体组件(48)包括支持其便携性的把手(52)，并由X射线透过的、石墨纤维环氧树脂合成物形成。

3. 权利要求1中的X射线探测器(30)，其中盖体组件(48)至少部分由碰撞吸收材料形成。

4. 权利要求3中的X射线探测器(30)，其中盖体组件的周边区域由比非周边区域厚的碰撞吸收材料形成。

5. 权利要求4中的X射线探测器(30)，其中盖体组件(48)包括表示成像面板(58、60、68、70)的覆盖区的成像窗口(52)，以及其中成像窗口(52)将周边区域和非周边区域分开。

6. 权利要求5中的X射线探测器(30)，还包括一个电路板(72)，其上布置有多个电子部件，并且被配置成至少控制从所述成像面板(58、60、68、70)读出所述电信号，以及其中电路板(72)位于所述盖体组件(48)的周边区域。

7. 权利要求6中的X射线探测器(30)，其中一对震动吸收层(78、80)中的至少一个的尺寸与成像面板(58、60、68、70)的表面积匹配。

8. 权利要求7中的X射线探测器(30)，其中一对震动吸收层(78、80)由弹性泡沫材料形成。

9. 权利要求1中的X射线探测器(30)，其中成像面板(58、60、68、70)包括一个X射线探测层、一个闪烁体层(58)、一个被配置成探测所述闪烁体层(58)的光照度的感光层(60)、和一个玻璃基底(68)，玻璃基底(68)具有蚀刻在其上的晶体管并被配置成控制X射线探测层在数据获取状态和读出状态之间的操作。

10. 权利要求9中的X射线探测器(30)，其中一对震动吸收层(78、80)被配置成在它们之间传递设置在盖体组件(48)上的载荷。

Images