CN105190294A - X射线成像的有源屏蔽件 - Google Patents

Abstract

一种用于X射线计算机断层扫描机的有源屏蔽件包括辐射屏蔽基片和围绕基片包裹的柔性电路板。

Description

X射线成像的有源屏蔽件

发明内容

所公开的X射线装置包括：具有第一侧面和相对的第二侧面的辐射屏蔽基片；围绕基片包裹的环绕式电路；适于产生指示投碰在其上的X射线的传感器信号的X射线传感器组件，该传感器组件连接到环绕式电路并且邻近基片的第一侧面定位；和连接到环绕式电路和邻近基片的第二侧面定位的传感器信号处理组件。一种用于X射线计算机断层扫描机(“CT机”)的有源屏蔽件包括：辐射屏蔽基片；和围绕基片包裹的环绕式电路。一种产生表示受试者图像的数字信号的方法包括：将通过受试者的X射线从在受试者的一个侧面上的X射线源传递到支撑在具有相对的第一侧面和第二侧面的有源屏蔽件的一个侧面上的传感器组件，有源屏蔽件位于该受试者的、与X射线源所位于的该侧面相对的侧面上；以及将传感器组件产生的模拟信号路由到支撑在该有源屏蔽件的、与支撑传感器组件的该侧面相对的侧面上的信号处理电子器件。

附图说明

图1(现有技术)是X射线计算机断层扫描(CT)机的整体透视图。

图2(现有技术)是CT机的常规台架的示意性端部正视图。

图3(现有技术)是CT机的常规X射线传感器组件的示意性侧视图。

图4(现有技术)是常规的X射线传感器组件的闪烁器的示意性等距视图。

图5(现有技术)是示出常规的X射线传感器组件和信号处理电子器件之间的关系的等距视图。

图6是具有安装在其第一侧面上的X射线传感器组件和安装在其第二侧面上的信号处理电子器件的有源屏蔽件的示意性侧视图。

图7是有源屏蔽件的等距顶视图。

图8是有源屏蔽件的倒置的横截面图。

图9是有源屏蔽件和安装在其上的电子器件的等距仰视图。

图10是一层环绕式电路的俯视平面图。

图11是有源屏蔽件的另一实施例的局部剖切等距视图。

图2是CT机的台架的示意性端部正视图。

具体实施方式

概括来说，在本文中描述X射线计算机断层扫描机210(“CT机”)。如在图6-9和图12中的最佳显示，该CT机210具有辐射屏蔽基片100，其具有第一侧面102和相对的第二侧面104。它包括围绕辐射屏蔽基片100包裹的环绕式电路110。该CT机还具有X射线传感器组件130，其适于产生指示投碰(impinge)在其上的X射线的传感器信号。该传感器组件130连接到环绕式电路110，并邻近基片的第一侧面102定位。该CT机还具有连接到环绕式电路110的传感器信号处理组件150。信号处理组件150邻近基片100的第二侧面104定位。信号处理组件150通过辐射屏蔽基片100屏蔽X射线。

图1说明现有技术的X射线计算机断层扫描机10(CT机10)。该CT机10具有在其中具有中心开口14的CT壳体12。在CT操作期间，患者16躺在水平处理台18上。随着来自机器的X射线穿过患者的身体，该台18被缓慢地移动通过中心开口14。

图2是现有技术的CT机10的台架30的示意图。台架30是位于CT机10的前盖的后面的巨大的环形设备。随着患者被移动通过开口14，该台架30以方向32旋转。该台架30包括定位在中央孔14的一个侧面上的X射线管34。X射线传感器组件38定位在中心开口14的相对侧面上。通过传感器组件38感测来自X射线管34的X射线36A、36B、36C。来自传感器组件38的模拟信号被处理并用于创建患者身体的内部的三维图像。

图3是现有技术的X射线传感器组件38的一部分的示意性侧视图。传感器组件38包括安装在光电检测器阵列44上的闪烁器阵列40，光电检测器阵列44进而安装在陶瓷基片50上。图4是闪烁器阵列40的顶部的等距视图，其包括闪烁器像素42的网格。如图3所示，闪烁器阵列40支撑在具有对应于闪烁器阵列40的像素42的多个像素(未各个显示)的光电检测器阵列44上。(本文所用的术语“像素”可指图像传感器的元素，以及图像的元素。)闪烁器和光电检测器的像素需要保持高水平的抗机械、热、重力和老化效应的几何公差。通常，厚的陶瓷基片50用来提供必要的支撑。陶瓷基片50具有平坦的上表面和下表面52、54。在基片50的顶表面52上提供多个导体垫(未显示)与光电检测器组件44上的导体46对准。在陶瓷基片50的底表面54上提供电触点，例如球栅阵列58的球56。通过基片50中通孔而延伸的导体59将顶表面52上的导体垫(未显示)连接至底表面54上的相应的球导体56。

如图5所述，X射线传感器组件38连接到信号处理电子器件80，该信号处理电子器件处理来自光电检测器阵列44的模拟信号。如果远距离发送，则来自光电检测器阵列的模拟信号能够被损坏。为了避免这种信号损坏，模拟信号将理想地通过紧邻光电检测器44的电子器件过滤和数字化。由此，在不损失完整性的情况下，然后可安全地传输、存储，和进一步处理产生的数字信号。

撞击闪烁器阵列40的X-射线被它吸收。然而，由于闪烁器像素42之间的间隙或因为某些X射线全部通过传感器组件38，所以一定量的辐射可从传感器组件38中逃过。这种杂散的X射线可以显著改变放置在传感器组件38附近的信号处理电子器件的特性。

已经开发各种技术来防止损坏信号处理电子器件。这种技术通常包括使用附加的印刷电路板(PCB)以将该信号路由到位于远离传感器组件相当大距离的信号处理电子器件。这种现有技术组件的例子在图5中显示。模拟信号传递组件70将模拟信号从X射线传感器组件38传递到信号处理组件80。该模拟信号传送组件70包括第一个常规PCB72。将在陶瓷基片50上的球栅阵列58放置成与常规印刷电路板72上的相应导体阵列74电接触。柔性PCB76连接第一个常规PCB72到具有安装在其上的模拟信号处理电子器件84的第二个常规PCB82。该柔性PCB76的一部分和第二常规PCB82通常垂直于第一个常规PCB72延伸，并且平行于来自X射线管34的X射线的方向延伸。虽然这种结构将信号处理电子器件放置在离X射线源一定距离处，但是它具有若干缺点。这样的结构不期望地增大了模拟信号必须行进以到达信号处理电子器件的距离。这样的结构还增加了不期望的堆叠高度(径向高度)和对整个X射线传感器/信号处理组件的质量。因为台架的快速旋转，产生导致这种结构机械不稳定和电性不可靠的显著离心力。

图6说明了用于克服CT机中的上述问题的X射线感测和信号处理组件。X射线传感器组件130安装在有源屏蔽组件98的一个侧面上。X射线传感器组件130可包括闪烁器阵列132和光电检测器阵列134，其与上述描述的现有技术的闪烁器阵列40和光电检测器阵列44是相同的。信号处理电子器件150定位在有源屏蔽组件98的另一个侧面上。信号处理电子器件150可包括，例如无源电路器件152和集成电路封装件154。电连接器组件156将处理后的数字信号从电子器件150路由到其他系统电子器件中，诸如存储器件和显示器(未显示)。

由于信号处理电子器件150定位在有源屏蔽组件98的、与面向X射线源的侧面相对的一个侧面上，因此电子器件150被屏蔽X射线。另外，由于电子器件150靠近X射线传感器组件130定位，因此来自传感器组件130的模拟信号只行进有利短距离到电子器件150。该模拟信号通过环绕式电路110传输，这将在下面描述。

图7-9说明在图6中所示的有源屏蔽组件98的各种特征。有源屏蔽组件98包括辐射屏蔽基片100。该基片100是由辐射阻挡材料诸如钨或铅构成，并且具有第一侧面102和相对的第二侧面104。两个侧面102和l04可包括平的、大体平行的表面。两个侧面102、104通过较小横向侧面103、105相连。基片100具有第一纵向端106和第二纵向端108。基片100的典型的厚度范围可为约0.5mm至约2.0mm。因此，X射线传感器组件130可定位于距离信号处理电子器件150少于约3mm处。使用钨基片100的优点，除了它的优异的辐射屏蔽特性，还在于它具有很低的热膨胀系数。这有助于产生尺寸不随温度变化大的非常刚性的、平坦的表面。因此，提供稳定的表面用于支撑X射线传感器组件130。

有源屏蔽组件98还包括环绕式电路110，环绕式电路110的实施例在图7-10中显示。环绕式电路110包括接合并基本上覆盖基片100的第一侧面102的第一较大部分112和接合并基本上覆盖基片100的第二侧面104的第二较大部分114。环绕式电路110还包括第三和第四较小的部分116、118，其接合并基本上覆盖基片100的小的横向侧面部分103、105。环绕式电路110具有终端部117、119，当电路110包裹围绕基片100时，终端部117、119彼此相邻定位，如图8中所示。

这种柔性印刷电路板(“柔性PCB”)型环绕式电路110的一层在图10中显示。它包括柔性非导电材料111片材，诸如Kapton、聚合物等的片材，该片材具有在其上形成的多条铜迹线113。迹线113将来自光电检测器组件134的模拟信号路由到另一侧面104上的信号处理电子器件150，该光电检测器组件134位于辐射阻挡基片100的一个侧面102上。在一个实施例中，每条迹线具有不长于约100mm的长度。在片材111的中心的空隙115是信号处理电子器件150将被定位的区域。环绕式电路110可具有图10中所述类型的一层或多于一层。在多层环绕式电路结构中，各层将由通孔互连。这些层中的一层能够用作电接地从而使高速信号彼此隔离并与辐射屏蔽基片100隔离。它也可能将环绕式电路110的接地电连接到基片100，以消除任何感应的涡流或静电积聚。

在另一实施例中，如图11所示，环绕式电路110可以是金属包层的结构120。它包括附着到辐射屏蔽基片100的整个表面的电介质层122。如通过光刻法或其它方法将图案化电路层124设置在电介电层122的顶部。

如图12所示，有源屏蔽件98、X射线传感器组件130和传感器信号处理电子器件150(统称为组件200)可在CT机210中使用。CT机210可具有如上关于图1和图2所述的CT机10相同的基本构造，除了组件200取代了X射线传感器组件38和与其相关联的信号处理电子器件。

多个有源屏蔽件98可以平铺在一起，以产生在一个侧面上支撑大X射线传感器组件130并在另一个侧面上支撑传感器信号处理电子器件150的连续较大有源屏蔽结构。多个基片100的端部可具有允许其锁定在一起的特征，例如楔形(dovetail)接头。环绕式电路110可以被构造成露出基片100的端部107、109，以便于这种锁定连接。

根据上述公开将理解的是，产生表示受试者图像的数字信号的方法可包括将来自在受试者的一侧上的X射线源234的X射线236A、236B、236C传递通过受试者到支撑在具有相对的第一和第二侧面的有源屏蔽件98的一侧面上的传感器组件130，有源屏蔽件98被定位在受试者的、与X射线源234所处的侧面相对的侧面上。该方法可以进一步包括将传感器组件130产生的模拟信号路由到支撑在有源屏蔽件98的、与支撑传感器组件130的侧面相对的侧面上的信号处理电子器件150。该路由可包括通过围绕有源屏蔽件98的X射线阻挡基片包裹的有源屏蔽件98的环绕式电路部分100路由该模拟信号。

虽然本文所述的CT机的具体实施例是医学CT机，但是本文所述的CT机的特征也适用于其他类型的CT机，例如用于成像在印刷电路板上的焊点的工业CT机。

本领域技术人员将理解的是，在要求保护的本发明的范围内，可以对所描述的实施例进行修改，并且也存在很多其它实施例。

Claims (20)

1.一种X射线装置，其包括：

具有第一侧面和相对的第二侧面的辐射屏蔽基片；

围绕所述基片包裹的环绕式电路；

适于产生指示投碰在其上的X射线的传感器信号的X射线传感器组件，所述传感器组件连接到所述环绕式电路，并且邻近所述基片的所述第一侧面定位；和

连接到所述环绕式电路并且邻近所述基片的所述第二侧面定位的传感器信号处理组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述环绕式电路包括柔性印刷电路板。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述环绕式电路包括形成在所述辐射屏蔽基片上的电介质层和形成在所述电介质层上的电路层。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述环绕式电路基本覆盖所述基片的所述第一侧面和所述第二侧面。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器组件包括：

将X射线转换成光的闪烁器阵列；和

从所述闪烁器阵列接收光并将其转换成模拟电信号的光检测器阵列。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述环绕式电路将所述模拟电信号从所述光传感器阵列传递到所述传感器信号处理电子器件，并且其中所述传感器信号处理电子器件将所述模拟电信号转换成数字信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述环绕式电路包括多条电路迹线，其中所述多条电路迹线的每条具有不长于约100mm的长度。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述辐射屏蔽基片由金属和金属合金中的至少一种制成。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述辐射屏蔽基片由钨制成。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述基片的所述第一表面和第二表面之间的距离在约0.5mm至2mm之间。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器组件定位在距离所述传感器信号处理电子器件小于约3mm处。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性电路板包括多个电路层。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述多个电路层中的一个包括接地层。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述接地层连接到所述辐射屏蔽基片。

15.一种用于X射线计算机断层扫描机即CT机的有源屏蔽件，其包括：

辐射屏蔽基片；和

围绕所述基片包裹的环绕式电路。

16.根据权利要求15所述的有源屏蔽件，其中所述辐射屏蔽基片具有第一侧面和第二侧面，并且其中所述环绕式电路适于将电信号从邻近所述基片的所述第一侧面定位的传感器组件路由到邻近所述基片的所述第二侧面定位的信号处理电子器件。

17.根据权利要求16所述的有源屏蔽件，所述基片适于机械地支撑所述传感器组件和所述信号处理电子器件。

18.根据权利要求17所述的有源屏蔽件，其中所述辐射屏蔽基片适于屏蔽位于所述基片的所述第一侧面上的X射线源来保护邻近所述基片的所述第二侧面定位的所述信号处理电子器件。

19.一种产生表示受试者图像的数字信号的方法，其包括：

将通过所述受试者的X射线从在所述受试者的一个侧面上的X射线源传递到支撑在具有相对的第一侧面和第二侧面的有源屏蔽件的一个侧面上的传感器组件，所述有源屏蔽件位于所述受试者的与所述X射线源所位于的所述侧面相对的侧面上；以及

将所述传感器组件产生的模拟信号路由到支撑在所述有源屏蔽件的与支撑所述传感器组件的所述侧面相对的所述侧面上的信号处理电子器件。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述路由包括通过围绕所述有源屏蔽件的X射线阻断基片部分包裹的所述有源屏蔽件的环绕式电路部分路由所述模拟信号。