DE102005045762A1

DE102005045762A1 - Strahlung absorbierender Panel-Träger eines Röntgendetektors

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Publication number: DE102005045762A1
Application number: DE102005045762A
Authority: DE
Inventors: Jason R. Waukesha Ertel; Bamidele H. Brookfield Ali; Michael J. Wauwatosa Utschig; James Z. Glenview Liu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2006-08-17
Also published as: US7317190B2; US20060065846A1; JP2006091016A; JP5068439B2

Abstract

Es ist eine als Panel-Träger bezeichnete Trägerhalterung (70) eines Röntgendetektors offenbart, die mit Strahlung absorbierendem Material (78) ausgebildet ist, um die Reflexion von Röntgenstrahlen von allem, was sich hinter dem Szintillator (58) befindet, wozu die Geometrie der Trägerhalterung (70), die Elektronik (72) und die hintere Abdeckung (56) des Röntgendetektors (30) gehören können, zu reduzieren. Das absorbierende Material kann die Form einer diskreten Schicht einnehmen, die an der Trägerhalterung angebracht oder auf sonstige Weise innerhalb dieser angeordnet ist. Das Strahlung absorbierende Material (78(a)) kann auch mit den Basismaterialien (76(a)), die zur Herstellung der Trägerhalterung (70) verwendet werden, vermischt sein. Wenn die Trägerhalterung (70) gebildet ist, enthält sie als solche Strahlung absorbierende Komponenten (78(a)). Das Strahlung absorbierende Material (78) kann Blei, Bariumsulfat, Wolfram und/oder andere Materialien enthalten. Die Trägerhalterung (70) ist dazu eingerichtet, die Detektion rückgestreuter Röntgenstrahlen zu verhindern, ohne die Größe und das Gewicht des Röntgendetektors (30) wesentlich zu erhöhen. Die Trägerhalterung (70) ist im Zusammenhang mit stationären oder ortsfesten sowie mit portablen Röntgendetektoren (30) verwendbar.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein diagnostische Bildgebung und insbesondere einen digitalen radiographischen Röntgendetektor, der einen Strahlung absorbierenden Panel-Träger aufweist, der dazu eingerichtet ist, rückgestreute Röntgenstrahlen während einer Röntgenbestrahlung eines Scannobjektes zu reduzieren oder zu eliminieren.
Röntgenbildgebung ist eine nichtinvasive Technik, um Bilder eines medizinischen Patienten für klinische Diagnose aufzunehmen sowie die Inhalte verschlossener Behälter, bspw. eines Gepäckstücks, Paketes oder sonstigen Päckchens, zu inspizieren. Um diese Bilder aufzunehmen, bestrahlt eine Röntgenquelle ein Scannobjekt mit einem fächerartigen Röntgenstrahlbündel. Die Röntgenstrahlen werden dann abgeschwächt, wenn sie das Scannobjekt durchdringen. Der Grad der Abschwächung variiert über dem Scannobjekt aufgrund von Unterschieden in der inneren Zusammensetzung des Objektes. Die abgeschwächte Energie trifft auf einen Röntgendetektor auf, der dazu eingerichtet ist, die Abschwächungsenergie in eine Form zu wandeln, die bei der Bildrekonstruktion verwendbar ist. Ein Steuerungssystem liegt in dem Röntgendetektor gespeicherte elektrische Ladung aus und erzeugt ein entsprechendes Bild. Bei einem herkömmlichen Schirm-Filmdetektor wird das Bild auf einem Film entwickelt und unter Verwendung eines Rückprojektionslichtes dargestellt.

Es werden zunehmend digitale Flat-Panel-(Flachbild-)Röntgendetektoren eingesetzt, um Daten für eine Bildrekonstruktion zu akquirieren. Flat-Panel-Detektoren sind im Allgemeinen derart konstruiert, dass sie einen Szintillator aufweisen, der verwendet wird, um Röntgenstrahlen in sichtbares Licht zu wandeln, das durch eine lichtempfindliche Schicht detektiert werden kann. Die lichtempfindliche Schicht enthält ein Array von lichtempfindlichen oder Detektionselementen, die jeweils elektrische Ladung im Verhältnis zu dem Licht speichern, dass jeweils einzeln detektiert wird. Im Allgemeinen weist jedes Detektionselement eine lichtempfindliche Region und eine Region auf, die mit einer Elektronik versehen ist, um die Speicherung und Ausgabe elektrischer Ladung zu steuern. Die lichtempfindliche Region ist gewöhnlich aus einem Fotohalbleiter gebildet, und es werden Elektronen in dem Fotohalbleiter freigesetzt, wenn dieser sichtbarem Licht ausgesetzt ist. Während dieser Belichtung wird in jedem Detektorelement Ladung gesammelt und in einem in der Elektronikregion angeordneten Kondensator gespeichert. Nach der Belichtung wird die Ladung in jedem Detektorelement unter Verwendung einer durch Logik gesteuerten Elektronik ausgelesen.

Jedes Detektorelement ist herkömmlicherweise unter Verwendung eines Transistor basierten Schalters gesteuert. In dieser Hinsicht ist der Source-Anschluss des Transistors mit dem Kondensator verbunden, während der Drain-Anschluss des Transistors mit einer Ausgabeleitung verbunden ist und der Gate-Anschluss des Transistors an eine Scannsteuerungsschnittstelle angeschlossen ist, die an der Elektronik in dem Detektor angeordnet ist. Wenn eine negative Spannung an dem Gate-Anschluss angelegt wird, wird der Schalter in einen AUS-Zustand gesteuert, d.h. es findet kein Elektronenübergang zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluss statt. Andererseits wird, wenn eine positive Spannung an dem Gate-Anschluss angelegt wird, der Schalter EIN-geschaltet, was zu einer Leitungsverbindung zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluss führt. Jedes Detektorelement des Detektorarrays ist mit einem zugehörigen Transistor eingerichtet und in einer Weise, die mit der nachstehend beschriebenen übereinstimmt, gesteuert.

Speziell wird bei einer Bestrahlung mit Röntgenstrahlen eine negative Spannung auf sämtliche Gate-Leitungen angewandt, was dazu führt, dass alle Transistorschalter in einen AUS-Zustand getrieben oder platziert werden. Infolgedessen wird jede während der Bestrahlung akkumulierte Ladung in jedem Kondensator eines Detektorelementes gespeichert. Während der Ausgabe wird sequentiell auf jede Gate-Leitung, zu einem Zeitpunkt auf lediglich eine Gate-Leitung, eine positive Spannung angelegt. In diesem Sinne wird zu einem Zeitpunkt lediglich ein einzelnes Detektorelement ausgelesen. Es kann auch ein Multiplexer dazu verwendet werden, das Auslesen der Detektorelemente in einer rasterartigen Weise zu unterstützen. Ein Vorteil der sequentiellen Auslesung jedes Detektorelementes einzeln besteht darin, dass die von einem einzelnen Detektorelement herrührende Ladung nicht durch irgendein anderes Detektorelement hindurchtritt. Die Ausgabe jedes Detektorelementes wird anschließend einem Digitalisierer zugeführt, der die akquirierten Signale für eine nachfolgende Bildrekonstruktion auf der Basis einzelner Pixel (Bildelemente) digitalisiert. Jedes Pixel des rekonstruierten Bildes entspricht einem einzelnen Detektorelement des Detektorarrays.

Wie vorstehend beschrieben, verwenden digitale Indirektdetektions-Röntgendetektoren eine Schicht eines Szintillationsmaterials, bspw. Cäsiumiodid (CsI), um eine auftreffende Strahlung in sichtbares Licht zu wandeln, das durch lichtempfindliche Regionen der einzelnen Detektorelemente eines Detektorarrays detektiert wird. Im Allgemeinen sind die transistorgesteuerten Detektorelemente auf einem dünnen Galssubstrat gehaltert. Das Substrat, das die Detektorelemente wie auch die Szintillatorschicht trägt, ist durch einen Panel-Träger gehaltert. Der Panel-Träger ist nicht nur dazu vorgesehen, die Detektorkomponenten zu haltern, sondern isoliert auch die Elektronik, die den Detektor steuert, von den Bilddetektionskomponenten. Die Elektronik ist durch den Panel-Träger gehaltert und durch eine Rückabdeckung verschlossen.

Bei der Datenakquisition, und insbesondere bei Akquisitionen mit höherer Dosis, können Röntgenstrahlen durch die Detektorschicht, das Glassubstrat, den Panel-Träger und die Mutterplatine (das Motherboard) hindurchtreten. Diese Röntgenstrahlen werden anschließend durch alles, was hinter dem Galssubstrat aufzufinden ist, rückreflektiert. Dies geschieht häufig durch die Elektronik, den Panel-Träger und die Rückabdeckung sowie auch durch in Bezug auf den Detektor externe Strukturen. Dieses Phänomen wird allgemein als „Rückstreuung" bezeichnet und kann in das rekonstruierte Bild Artefakte hineinbringen. Dies bedeutet, dass die „rückgestreuten" Röntgenstrahlen durch den Szintillator detektiert, in Licht gewandelt und durch die lichtempfindlichen Regionen in den Detektorelementen erfasst werden können. Aufgrund dessen kann das rekonstruierte Bild Merkmale der Detektorelektronik, des Panel-Trägers oder der Rückabdeckung enthalten und die Schwierigkeit der Diagnose erhöhen oder ein Bildartefakt erzeugen, das zu einer Fehldiagnose durch den Radiologen oder Prüfer bei der Wahrnehmung oder Unterscheidung der inneren Zusammensetzung des Subjekts oder Objektes führen kann.

Deshalb ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Rückstreuung und die nachfolgende Detektion rückgestreuter Röntgenstrahlen während einer Röntgenabbildung eines Objektes reduziert oder eliminiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlung absorbierenden Panel-Träger für einen Röntgendetektor, der die vorerwähnten Nachteile überwindet.

Es ist ein Panel-Träger eines Röntgensdetektors beschrieben, der mit einem Strahlung absorbierenden Material ausgebildet ist, um die Reflektion von Röntgenstrahlen von der Rückabdeckung des Röntgendetektors zu reduzieren. Das Absorptionsmaterial kann die Form einer diskreten Schicht einnehmen, die in dem Panel-Träger angeordnet ist. Das Strahlung absorbierende Material kann auch mit dem Basismaterial, das verwendet wird, um den Panel-Träger zu erzeugen, vermischt sein. Wenn der Panel-Träger ausgebildet ist, enthält er an sich Strahlung absorbierende Komponenten. Das Strahlung absorbierende Material kann Blei, Bariumsulfat, Wolfram, sowie andere atomar schwere Stoffe enthalten. Der Panel-Träger ist dazu konstruiert, die Detektion rückgesteuerter Röntgenstrahlen zu verhindern, ohne die Größe oder das Gewicht des Röntgendetektors wesentlich zu erhöhen. Der Panel-Träger ist im Zusammenhang mit ortsfesten sowie tragbaren, portablen Röntgendetektoren verwendbar.

Deshalb enthält die vorliegende Erfindung entsprechend einem Aspekt einen Panel-Träger eines Röntgendetektors. Der Panel-Träger weist einen Körper auf, der aus einem Verbundwerkstoff aufgebaut ist, der ausreicht, um Komponenten eines Röntgendetektors strukturell zu halten. Der Panel-Träger weist ferner ein in dem Körper eingestreutes oder eingefügtes Strahlung absorbierendes Material auf.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Röntgendetektorsystem offenbart, das einen Szintillator, der konfiguriert ist, um Röntgenenergie in Licht zu wandeln, sowie ein Detektorarray mit mehreren Detektorelementen enthält, die dazu dienen, von dem Szintillator herrührendes Licht zu erfassen. Es ist eine Steuerungsplatine (ein Steuerungsboard) derart vorgesehen, dass sie mehrere Elektronikkomponenten aufweist, um das Detektorarray während der Datenakquisition und des Auslesens von Daten zu steuern. Das Röntgendetektorsystem weist ferner einen Panel-Träger auf, der zwischen dem Detektorarray und der Steuerungsplatine angeordnet ist. Der Panel-Träger ist wenigstens teilsweise aus einem strahlungsabsorbierenden Material gebildet.

Entsprechend einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Flat-Panel-(Flachbild-)Röntgendetektors. Das Verfahren enthält, dass eine Hauptmasse aus einem Röntgenstrahlung nicht absorbierenden Material bereitgestellt wird, das dazu eingerichtet ist, innere Komponenten eines Röntgendetektors zu halten. Das Röntgenstrahlung nicht absorbierende Material ist in der Lage, die inneren Komponenten abzustützen, wenn eine Richtkraft auf den Röntgendetektor angewandt wird. Das Verfahren enthält ferner, dass ein Röntgenstrahlung absorbierendes Material in die Hauptmasse eingefügt und ein Röntgendetektor-Panel-Träger gebildet wird, der Röntgenstrahlung nicht absorbierendes und Röntgenstrahlung absorbierendes Material aufweist.

Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform, die momentan zur Ausführung der Erfindung vorgesehen ist.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Bildansicht eines beispielhaften mobilen Röntgenbildgebungssystems.
2 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten beispielhaften Röntgenbildgebungssystems.
3 eine Perspektivansicht eines portablen digitalen Flat-Panel-Halbleiter-Röntgendetektors, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
4 eine Explosionsansicht des in 3 veranschaulichten Röntgendetektors.
5 eine Querschnittsansicht des in 4 veranschaulichten Panel-Trägers des Röntgendetektors, geschnitten längs der Linie 5-5 in 4.
6 eine Querschnittsansicht des Panel-Trägers eines Röntgendetektors entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 eine Querschnittsansicht eines Panel-Trägers eines Röntgendetektors entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf einen portablen digitalen Flat-Panel-Röntgendetektor in Festkörperbauweise für indirekte Detektion zur Verwendung mit einem mobilen Röntgenbildgebungssystem beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Röntgendetektoren, einschließlich digitaler Direktdetektions-Detektoren, anwendbar. Außerdem kann die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit stationären oder ortsfesten Röntgenbildgebungssystemen verwendet werden. Ferner nimmt die vorliegende Anmeldung Bezug auf ein abgebildetes „Subjekt" wie auch ein abgebildetes „Objekt". Diese Begriffe schließen einander nicht aus, so dass der Gebrauch der Ausdrücke gewechselt werden kann und nicht dazu vorgesehen ist, den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu beschränken.
Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, ist ein beispielhaftes mobiles Röntgenbildgebungssystem 10 veranschaulicht, das mit einem portablen Röntgendetektor verwendbar ist, der die vorliegende Erfindung verkörpert. Eine Röntgenquelle 12 ist an einem Ende eines horizontalen Armes 20 befestigt oder auf sonstige Weise gesichert. Der Arm 20 ermöglicht der Röntgenquelle 12, in unterschiedlicher Weise über einem Objekt derart positioniert zu werden, um die Bestrahlung eines bestimmten Bereiches von Interesse zu optimieren. Die Röntgenquelle 12 ist gewöhnlich über eine (nicht veranschaulichte) Anordnung nach Art einer kardanischen Aufhängung an einer Säule 14 montiert. In dieser Hinsicht kann die Röntgenquelle vertikal von einer Ruhe- oder Parkstellung auf der Basis 16 der mobilen Röntgeneinheit zu einer geeigneten Stellung oberhalb des Objektes gedreht werden, um eine Röntgenbestrahlung des Objektes vorzunehmen. Die Drehbewegung der Säule 14 ist gewöhnlich auf einen Wert von 360° oder weniger begrenzt, um eine Verwickelung von Hochspannungskabeln 18 zu verhindern, die verwendet werden, um der Röntgenquelle 12 elektrische Energie zuzuführen. Die Kabel 18 können mit einer (nicht veranschaulichten) Versorgungsleitungsquelle oder einer (nicht veranschaulichten) Batterie in der Basis 16 verbunden sein, um der Röntgenquelle 12 sowie weiteren elektronischen Komponenten des Systems 10 Energie zuzuführen. Ein Fachmann wird ohne weiteres verstehen, dass das System 10 mit einer (nicht veranschaulichten) Anzeigeeinheit für das Anzeigen von Bildern, die von dem abgebildeten Objekt aufgenommen werden, ausgerüstet oder verbindbar sein kann.
Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist eine schematisierte Darstellung des Röntgenbildgebungssystems 10 veranschaulicht. Wie bereits vorstehend erläutert, enthält das System 10 eine Röntgenquelle 12, die dazu dient, ein fächerförmiges Strahlbündel 22 von einem Fokuspunkt 24 entlang einer Achse 26 in Richtung auf ein abzubildendes Objekt 28 zu projizieren. Ein Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass sowohl medizinische Patienten als auch Gepäckstücke, Pakete und dergleichen unter Verwendung des beispielhaften Röntgenbildgebungssystems 10 auf eine nichtinvasive Weise inspiziert werden können. Ein digitaler Flachbild- oder Flat-Panel-Detektor 30 erfasst Röntgenstrahlen, die das Objekt 28 durchdringen und durch dieses abgeschwächt werden. Eine Kollimatoranordnung 32, die in 2 in schematisierter Weise veranschaulicht ist, wie sie Kollimatorblenden aufweist, kann dazu verwendet werden den Röntgenfächerstrahl 22 zu kollimieren, um den Bereich oder Umfang der Bestrahlung zu steuern.
Eine Host- oder Scannerschnittstelle 34 enthält eine Kommunikationsschnittstelle 36, eine Tastatur 38 oder sonstige Dateneingabevorrichtung, eine CPU 40, einen Speicher 42 und eine Anzeigeeinheit 44, beispielsweise einen Computermonitor, um rekonstruierte Bilder des Objektes anzuzeigen. Ein Bus 46 verbindet die Tastatur 38, die CPU 40, den Speicher 42 und die Anzeigeeinheit 44 mit der Kommunikationsschnittstelle 36. Die CPU kann einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Mikrocontroller sowie andere Vorrichtungen enthalten, die dazu eingerichtet sind, Logik- und Verarbeitungsoperationen auszuführen. Signale, die einem Röntgenbild entsprechen, werden von dem Flat-Panel-Detektor 30 über eine Ausleseelektronik 46 ausgelesen. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, ist es vorgesehen, dass die Hostschnittstelle 34 zur Überwachung und Instandhaltung mit einer zentralisierten Einrichtung über das Internet oder eine Kommunikationsverbindung verbunden sein kann.
Ferner kann die Ausleseelektronik Signale von dem Flat-Panel-Detektor über eine gefesselte oder verdrahtete Verbindung zwischen dem Detektor und dem Bildgebungssystem auslesen. Es ist ferner vorgesehen, dass das Auslesen über eine drahtlose Kommunikation zwischen dem Detektor und dem Bildgebungssystem erreicht werden kann. In dieser Hinsicht versteht ein Fachmann ohne weiteres, dass das Bildgebungssystem und der Detektor mit Transceivern, Antennen und sonstigen Betriebsschaltkreisen ausgerüstet sein können, um die drahtlose Datenübertragung zu unterstützen.
Bezugnehmend auf 3 veranschaulicht eine Perspektivansicht einen portablen Flat-Panel-Röntgendetektor 30, der die vorliegende Erfindung verkörpert. Der Detektor 30 ist vorzugsweise durch einen digitalen Indirektdetektions-Festkörper-Detektor gebildet, der die Röntgenabschwächung durch ein abgebildetes Objekt aus der Emission von Licht durch einen Szintillator bestimmt, der beim Auftreffen von Röntgenstrahlen Licht aussendet. Der Detektor 30 enthält eine Abdeckung 48, die aus einem leichten, beständigen Verbundmaterial gebildet ist. In der Abdeckung ist ein Griff 50 enthalten, um die Portablität des Detektors zu unterstützen. Wie veranschaulicht, kann der Detektor 30 ohne eine fest eingebaute Anbindung oder Haltevorrichtung (Tether) ausgeführt sein. In dieser Hinsicht kann der Detektor mit einer (nicht veranschaulichten) Anbindung oder Haltevorrichtung verbunden werden, die im Gebrauch mit der Ausleseelektronik verbunden ist. Wenn der Detektor nicht verwendet wird, kann er von der Anbindung oder Haltevorrichtung leicht gelöst und an einer von dem Bildgebungssystem entfernten Stelle aufbewahrt werden. Die Oberseite der Abdeckung enthält eine Schablone 52, die in visueller Weise die Oberflächendimensionen der Szintilatorschicht in dem Detektor festlegt. Die Schablone 52 ist dazu gestaltet, einen Benutzer auf visuelle Weise bei der Positionierung des Detektors für eine Datenakquisition zu unterstützen.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit digitalen Indirektdetektions-Detektoren verwendbar ist, kann die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit digitalen Direktdetektions-Detektoren verwirklicht werden. Digitale Detektoren zur Direktdetektion verwenden eine Schicht aus amorphem Selen oder einem Fotoleiter aus ähnlichem Material, die bzw. der mit einem Dünnfilmtransistorarray gekoppelt ist. Eine Wechselwirkung der Röntgenstrahlung in der Selenschicht setzt Elektronen (oder Elektronenlöcher) frei, die verwendet werden, um unmittelbar ein Signal zu bilden. Häufig wird eine Elektrode dazu verwendet, ein elektrisches Feld über der Selenschicht zu erzeugen, um den seitlichen Streubereich der Elektronen auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch die räumliche Auflösung aufrechterhalten wird. Außer Selen kann Quecksilberjodid, Kadmiumtellurid und Bleijodid verwendet werden. Da digitale Direktdetektions-Detektoren gegen Rückstreuung empfindlich sind, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit diesen anwendbar ist.
Indem nun auf 4 Bezug genommen wird, veranschaulicht eine Explosionsansicht die innere Zusammensetzung des Detektors 30. Der Detektor 30 enthält eine obere Abdeckung 54, die gemeinsam mit einer hinteren oder Rückabdeckung 56 einen Mantel oder eine Umhüllung für die inneren Komponenten des Detektors 30 ergibt. Beide Abdeckungen 54, 56 sind vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff gebildet, der ausreicht, um die Detektorkomponenten vor einem Bruch zu schützen, wenn sie einer Belastung von beispielsweise 300 Pfund ausgesetzt werden. Es ist jedoch zu bemerken, dass die Abdeckungen aus anderen Materialien, wie beispielsweise Magnesium, gefertigt sein können. Ferner können die Abdeckungen 54 und 56 mit Stoßpolstern, Schaumeinsätzen oder einem sonstigen Stoß absorbierenden Werkstoff ausgeführt sein, um einen Bruch der Detektorkomponenten beim Fallenlassen zu verhindern. Im zusammengebauten Zustand ist die obere Abdeckung 54 derart ausgeführt, dass der Detektor auf einem Boden platziert werden und ein stehendes Objekt tragen kann. In dieser Hinsicht ist die obere Abdeckung 54 derart gestaltet, dass sie nur minimal abgelenkt oder durchgebogen wird, wenn sie einer Belastung ausgesetzt ist.
Die obere Abdeckung 54 und die hintere Abdeckung 56 bilden gemeinsam im zusammengebauten Zustand einen Griff 50. Der Griff unterstützt die Portabilität des Detektors. Ferner ist der Detektor derart ausgeführt, dass er schnell von einer (nicht veranschaulichten) Anbindungs- oder Rückhaltevorrichtung gelöst werden kann, die verwendet wird, um den Detektor während der Datenakquisition und dem Auslesen der Daten an den Scanner anzuschließen. Der Detektor 30 kann an sich zu und von mehreren Scannstationen transportiert werden, die voneinander entfernt angeordnet sind. Dies ist insbesondere für Notaufnahmeräume und sonstige Triageeinrichtungen von Vorteil. Außerdem verbessert die Portabilität und Lösbarkeit des Detektors ferner die Mobilität eines mobilen Röntgenbildgebungssystems, beispielsweise desjenigen, das in 1 veranschaulicht ist. Es ist jedoch leicht zu erkennen, dass der Detektor mit dem Scanner fest verbunden sein kann.
Der Detektor 30 enthält ferner eine Szintillatorschicht 58, die dazu eingerichtet ist, auftreffende Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen in sichtbares Licht zu wandeln. Die Szintillatorschicht 58, die aus CsI oder einem anderen Szintillationsmaterial hergestellt sein kann, ist dazu vorgesehen, im Verhältnis zu der Anzahl und der Energie der empfangenen Röntgenstrahlen Licht auszusenden. Als solches sind also Lichtemissionen in solchen Regionen der Szintillatorschicht 58 höher, in denen entweder mehr Röntgenstrahlen empfangen werden oder das Energieniveau der empfangenen Röntgenstrahlen höher ist. Da die Zusammensetzung des Objektes die durch die Röntgenröhre projizierten Röntgenstrahlen abschwächt, ist das Energieniveau der auf die Szintillatorschicht auftreffenden Röntgenstrahlen nicht gleichförmig über der Szintillatorschicht. Diese Variation der Lichtemission wird verwendet, um einen Kontrast in dem rekonstruierten Bild zu erhalten.
Das durch die Szintillatorschicht 58 emittierte Licht wird durch Detektorelemente eines Detektorelementarrays 60 erfasst. Jedes Detektorelement 62 entspricht einem Bildelement oder Pixel in dem rekonstruierten Bild. Jedes Detektorelement 62 enthält eine(n) lichtempfindliche oder fotoelektrische Region (Bereich) 64 und eine(n) Elektronikregion (Elektronikbereich) 66. Bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen werden in der lichtempfindlichen Region 64 im Verhältnis zu dem in der Region 64 detektierten Licht Elektronen freigesetzt. Die Elektronikregion 66 enthält einen (nicht veranschaulichten) Kondensator, der die durch die lichtempfindliche Region akkumulierte elektrische Ladung speichert. Nach der Bestrahlung wird ein (nicht veranschaulichter) Dünnfilmtransistor in der Elektronikregion 66 derart unter Vorspannung gesetzt, um den Kondensator mit der Ausleseelektronik in dem Röntgenscanner zu verbinden. Im Allgemeinen wird ein (nicht veranschaulichter) Multiplexer verwendet, um das Auslesen der diskreten Detektorelemente in einer sequentiellen, rasterartigen Weise zu steuern. In dieser Hinsicht wird die Ausgabe jedes Detektorelementes sequentiell einem Digitalisierer zugeführt, um für eine nachfolgende Bildrekonstruktion digitalisiert zu werden.
Die Dünnfilmtransistoren der Detektorelemente 62 sind durch ein Glassubstrat 68 getragen. In dem Substrat 68 eingeätzte (nicht veranschaulichte) Bleileitungen werden verwendet, um die elektrischen Ausgangssignale der Detektorelemente umzuleiten sowie die Vorspannungen auf die Dünnfilmtransistoren anzuwenden. Das Glassubstrat ist im Allgemeinen sehr dünn und zerbrechlich. Wie vorstehend er wähnt, sind die obere Abdeckung und die Rückabdeckung 54 und 56 in dieser Hinsicht mit einem stoßabsorbierenden Material eingerichtet, um dazu beizutragen, einen Bruch des Glassubstrates zu verhindern. Außerdem, da der Detektor 30 verwendet werden kann, um während einer Bilderzeugung, z.B. der Aufnahme der Füße eines männlichen Erwachsenen mittleren Alters, eine verhältnismäßig große Last zu tragen, ist die obere Abdeckung 54 ferner dazu eingerichtet, die Spannung auf den Detektor zu reduzieren, um ferner eines Bruch des Glassubstrates zu verhindern.
Das Glassubstrat ist durch einen Panel-Träger oder eine Trägerhalterung 70 des Detektors gestützt. Der Panel-Träger 70 ist nicht nur dazu eingerichtet, das Substrat 68 zu stützen, sondern wird auch dazu verwendet, die Komponenten zur Röntgenstrahlwandlung und Lichtdetektion von der Elektronik 72 zu trennen. Wie in größerer Einzelheit nachstehend beschrieben, ist der Panel-Träger 70, derart ausgeführt, dass er zusätzlich zu dem strukturell tragenden Material ein Strahlung absorbierendes Material enthält. Wie nachstehend beschrieben, erhöht das Strahlung absorbierende Material die Dicke und das Gewicht des Detektors, wenn überhaupt, dann nur unwesentlich.
Die Einfügung eines Strahlung absorbierenden Materials innerhalb des Panel-Trägers reduziert oder eliminiert die Detektion rückgestreuter Röntgenstrahlen. Dies bedeutet, dass das Strahlung absorbierende Material Röntgenstrahlen, die durch die Szintillatorschicht, das Detektorelementarray und das Glassubstrat hindurchtreten, sowie Röntgenstrahlen absorbiert, die von der Rückabdeckung des Detektors abgelenkt werden. Auf diese Weise wird die Elektronik 72 nicht mit abgebildet.
Die Elektronik 72 weist in einer Ausführungsform eine L-förmige Gestalt auf und ist angeordnet, um die Verarbeitungs- und Logiksteuerungselektronik des Detektors zu halten. Die Elektronik enthält vorzugsweise LEDs zur Überwachung des Betriebs und der Diagnostik des Detektors. Die Mutterplatine (das Motherboard) kann ferner Temperatursensoren enthalten, die dazu dienen, eine Rückmeldung über die Temperatur des Detektors sowie die Temperatur des Objektes bereitzustellen. Die Elektronik kann ferner einen Beschleunigungsmesser tragen, der dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Detektors zu erfassen und entsprechend Daten abzuspeichern. In dieser Hinsicht kann der Beschleunigungsmesser verwendet werden, um das Datum und die Zeit von Zeitpunkten aufzuzeichnen, an denen der Detektor beträchtliche Steigerungen der Beschleunigung erfahren hat, d.h. wenn er fallengelassen worden ist. Die Elektronik kann ferner unterschiedliche Speichervorrichtungen, einschließlich eines Flash-Speichers enthalten. In einer drahtlosen Implementierung kann die Elektronik eine Antenne und einen Sender/Empfänger (Transceiver) zur drahtlosen Übertragung von Daten zu dem Röntgenscanner enthalten. Ferner kann die Elektronik eine Batterie oder eine sonstige Gleichspannungsquelle enthalten, um die Detektorelektronik mit Energie zu versorgen. Die Elektronik ist durch den Panel-Träger und die Rückabdeckung 56 abgestützt.
Bezugnehmend auf 5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Panel-Trägers 70 des Röntgendetektors in einer längs der Linien 5-5 nach 4 geschnittenen Darstellung die Integration des Strahlung absorbierenden Materials zur Reduktion einer Rückstreuung von Röntgenstrahlen bei der Datenakquisition. Der Panel-Träger 70 des Röntgendetektors ist vorzugsweise aus einem leichten, strukturell festen, Röntgenstrahlen nicht absorbierenden Verbundwerkstoff 76 und einem Strahlen absorbierenden Material 78 ausgeführt. In einer Ausführungsform ist das Strahlung absorbierende Material 78 sandwichartig zwischen zwei Schichten eines Verbundwerkstoffs 76 eingefügt. Das Strahlung absorbierende Material kann Blei, Wolfram, Valiumsulfat und dergleichen enthalten. In einer Ausführungsform weist der Panel-Träger eine Dicke von 1,0 mm auf, während die Schicht des Strahlung absorbierenden Materials eine Dicke von 0,1 mm aufweist. Es ist zu erkennen, dass der Panel-Träger und die Strahlung absorbierende Schicht derart konstruiert sein können, dass sie andere Dicken als die vorstehend aufgelisteten aufweisen. Während in einer einzelnen bevorzugten Ausführungsform zehn Prozent der Gesamtdicke des Panel-Trägers dem Strahlung absorbierenden Material zugemessen werden kann, ist es außerdem möglich, dass das Verhältnis der Dicke der Strahlung absorbierenden Schicht zu der Gesamtdicke des Panel-Trägers mehr oder weniger als zehn Prozent betragen kann. Obwohl lediglich eine einzelne Schicht eines Strahlung absorbierenden Materials veranschaulicht ist, umfasst die vorliegende Erfindung ferner, dass mehrere Schichten mit Strahlung absorbierendem Material verwendet werden können.
Es ist auch möglich, dass eine Schicht aus Blei oder sonstigem Strahlung absorbierenden Material gefertigt und mit einem herkömmlichen Panel-Träger in einer dichten Weise verbunden sein kann. Jedoch sind Blei und andere Strahlung absorbierende Materialien im Allgemeinen spröde, wenn sie in Form von extrem dünnen Schichten von beispielsweise 0,1 mm hergestellt werden. Die Einfügung dickerer Schichten eines Strahlung absorbierenden Materials oder die Fertigung des gesamten Panel-Trägers aus einem Strahlung absorbieren den Werkstoff erhöht wiederum stark das Gewicht des Detektors. Dies ist im Allgemeinen für einen portablen Röntgendetektor unerwünscht.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Detektor-Panel-Trägers gerichtet, in dem ein Strahlung absorbierendes Material integriert ist. Der Panel-Träger kann mittels einer Technik aus einer Anzahl bekannter Fertigungstechniken ausgeführt werden, zu denen unter anderem, jedoch nicht ausschließlich chemische Abscheidung von Schichten aus der Gasphase (CVD, chemical vapor deposition), Spritzguss und dergleichen gehören. Indem erneut auf 5 Bezug genommen wird, kann beispielsweise eine einzelne Struktur eines Röntgenstrahlung nicht absorbierenden Materials maschinell bearbeitet werden, um einen ebenen Kanal zu bilden, der sich durch die einzelne Struktur erstreckt. Der planare Kanal kann anschließend mit einem Pulver oder einer Dichtungsmasse eines Strahlung absorbierenden Materials gefüllt werden, das einen Panel-Träger mit Strahlung absorbierenden Eigenschaften ergibt. In einem anderen einsetzbaren Prozess können chemische Dampfabscheidung (CVD) und ähnliche Prinzipien verwendet werden, um eine Strahlung absorbierende Materialschicht auf der Oberfläche einer Strahlung nicht absorbierenden, strukturell stützenden Materialschicht anzulagern. Wenn eine Strahlung absorbierende Materialschicht auf der Strahlung nicht absorbierenden Materialschicht angelagert worden ist, kann die Schicht aus Blei, Bariumsulfat, Wolfram oder einem sonstigen Strahlung absorbierenden Material durch eine weitere Schicht eines Strahlung nicht absorbierenden Materials abgeschlossen werden.
Es ist ferner vorgesehen, dass der Panel-Träger ohne diskrete Strahlung absorbierende Schichten aufgebaut werden kann, sondern in einer derartigen Weise ausgeführt sein kann, dass Strahlung absorbierende Partikel homogen über den Panel-Träger verteilt angeordnet sind. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 6 veranschaulicht. Wie veranschaulicht, ist der Panel-Trägerkörper 70(a) überwiegend aus einem Röntgenstrahlung nicht absorbierenden Material 76(a) ausgebildet, wobei Strahlung absorbierende Partikel 78(a) darin eingemischt sind. Eine derartige Ausführung ergibt die Vorteile eines gestaffelten oder schichtartigen Aufbaus, kann aber effektiv hergestellt werden. Insbesondere kann ein Pulver eines Strahlung absorbierenden Materials, beispielsweise Wolfram, mit einem Pulver eines zum strukturellen Tragen der Detektorkomponenten vorgesehenen Verbundwerkstoffs vermischt werden. Während des Mischprozesses werden die Strahlung absorbierenden Partikel und die Strahlung nicht absorbierenden Partikel miteinander vermischt. Vorzugsweise wird der Mischprozess derart ausgeführt, dass die Verteilung des Strahlung absorbierenden Materials in dem Gemisch durchweg gleichmäßig ist. Das Gemisch wird anschließend aushärten gelassen oder auf sonstige Weise behandelt, um eine einzelne Struktur zu erhalten. Die Struktur kann nach dem Trocknen oder Aushärten unter Verwendung herkömmlicher Techniken maschineller Bearbeitung geformt werden, oder die Formgebung während des Aushärtungsprozesses erfolgen. Beispielsweise kann das Gemisch verflüssigt und in eine Form eingegossen werden, die die gewünschte Gestalt des Panel-Trägers definiert. Nach dem Trocknen kann die Form entfernt werden, um den Panel-Träger des Röntgendetektors zu erhalten, der in der Lage ist, auftreffende Röntgenstrahlen zu absorbieren.
Indem nun auf 7 Bezug genommen wird, ist ein mo difizierter Panel-Träger 70(b) eines Röntgendetektors entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Panel-Träger 70(b) ist in einer übereinander gestapelten Schichtanordnung veranschaulicht, die derjenigen nach 5 ähnlich ist; jedoch enthält der Panel-Träger 70(b) eine Isolatorschicht 80, die an der Strahlung nicht absorbierenden Verbundschicht 76(b) befestigt ist. Die Isolatorschicht 80 ist vorzugsweise an der Schicht 76(b) dicht angebracht und dazu eingerichtet, die Elektronik (des Detektors) von der Elektronik der Szintillatorschicht und den lichtempfindlichen Elementen thermisch zu isolieren. Da die Funktionsweise der Szintillatorschicht und der lichtempfindlichen Elemente durch Temperaturänderungen beeinträchtigt werden kann, wird durch die Integration der Isolierschicht 80 eine konstantere thermische Belastung auf die Röntgenstrahlwandlungs- und Detektionskomponenten des Detektors ausgeübt. In dieser Hinsicht ist eine Kalibrierung des Detektors leichter zu erreichen, und der Detektor liefert ein konstanteres Ausgangssignal. Während die Isolatorschicht veranschaulicht ist, wie sie an dem Panel-Träger angeschlossen ist, der übereinander gestapelte Röntgenstrahlung nicht absorbierende und Röntgenstrahlung absorbierende Schichten aufweist, ist es auch vorgesehen, dass eine Isolatorschicht an dem in 6 veranschaulichten Panel-Träger angebracht sein kann.
Die vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf einen Panel-Träger eines Röntgendetektors beschrieben worden, der in der Lage ist, Röntgenstrahlen zu absorbieren, die durch die Detektorkomponenten eines Röntgendetektors hindurchtreten, um eine Rückstreuung und eine nachfolgende Abbildung innerer Komponenten, d.h. der Elektronik, des Detektors zu verhindern. Der Panel-Träger kann in einer Stapel anordnung aus einer Schicht oder mehreren Schichten eines Strahlung absorbierenden Materials und einer Schicht oder mehreren Schichten eines Strahlung nicht absorbierenden Materials ausgeführt werden. Der Panel-Träger kann ferner in einer derartigen vermischten Weise ausgeführt sein, dass in dem Körper des Panel-Trägers durchweg Strahlung absorbierende Partikel vorhanden sind. Der Panel-Träger ist ferner derart ausgeführt, dass das Strahlung absorbierende Material in der Lage ist, die Trag- oder Stützeigenschaften des Strahlung nicht absorbierenden Materials zu verbessern. In dieser Hinsicht wird das Gewicht des Panel-Trägers und des Detektors im Ganzen, wenn überhaupt, nur unwesentlich erhöht. Da das Strahlung absorbierende Material in dem Panel-Träger selbst integriert ist, werden außerdem spezielle Handhabungsvorsichtsmaßnahmen in Bezug auf eine speziell vorgesehene dünne Schicht aus Blei oder sonstigem Strahlung absorbierenden Material bei der Zusammensetzung des Detektors vermieden.
Deshalb wird ein Panel-Träger eines Röntgendetektors vorgestellt. Der Panel-Träger weist einen Körper auf, der aus einem Verbundwerkstoff aufgebaut ist, der ausreichend ist, um Komponenten eines Röntgendetektors strukturell zu halten. Der Träger weist ferner ein in dem Körper eingestreutes oder eingefügtes Strahlung absorbierendes Material auf.
Es wird ferner ein Röntgendetektorsystem vorgeschlagen, das einen Szintillator, der konfiguriert ist, um Röntgenenergie in Licht zu wandeln, und ein Detektorarray enthält, das mehrere Detektorelemente aufweist, um von dem Szintillator herrührendes Licht zu erfassen. Eine Steuerungsplatine ist vorgesehen und weist mehrere Elektronik komponenten zur Steuerung des Detektorarrays während der Datenakquisition und des Datenauslesevorgangs auf. Das Röntgendetektorssystem weist ferner einen Panel-Träger auf, der zwischen dem Detektorarray und der Steuerungsplatine angeordnet ist. Der Panel-Träger ist wenigstens teilweise aus einem Strahlung absorbierenden Material ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Flat-Panel-Röntgendetektors gerichtet. Das Verfahren enthält die Bereitstellung einer Hauptmasse aus einem Röntgenstrahlung nicht absorbierenden Material, das dazu eingerichtet ist, innere Komponenten eines Röntgendetektors zu halten. Das Röntgenstrahlung nicht absorbierende Material ist in der Lage, die inneren Komponenten abzustützen, wenn eine Ablenk- oder Richtkraft auf den Röntgendetektor angewandt wird. Das Verfahren enthält ferner die Einfügung eines Röntgenstrahlung absorbierenden Materials in die Hauptmasse und die Bildung eines Röntgendetektor-Panel-Trägers, der Röntgenstrahlung nicht absorbierendes und Röntgenstrahlung absorbierendes Material aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden, und es ist ohne weiters zu erkennen, dass äquivalente, alternative und modifizierte Ausführungsformen, die über die speziell angegebenen hinausgehen, möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs und Rahmens der beigefügten Ansprüche liegen.
Es ist eine als Panel-Träger bezeichnete Trägerhalterung 70 eines Röntgendetektors offenbart, die mit Strahlung absorbierendem Material 78 ausgebildet ist, um die Reflexion von Röntgenstrahlen von allem, was sich hinter dem Szin tillator 58 befindet, wozu die Geometrie der Trägerhalterung 70, die Elektronik 72 und die hintere Abdeckung 56 des Röntgendetektors 30 gehören können, zu reduzieren. Das absorbierende Material kann die Form einer diskreten Schicht einnehmen, die an der Trägerhalterung angebracht oder auf sonstige Weise innerhalb dieser angeordnet ist. Das Strahlung absorbierende Material 78(a) kann auch mit den Basismaterialien 76(a), die zur Herstellung der Trägerhalterung 70 verwendet werden, vermischt sein. Wenn die Trägerhalterung 70 gebildet ist, enthält sie als solche Strahlung absorbierende Komponenten 78(a). Das Strahlung absorbierende Material 78 kann Blei, Bariumsuflat, Wolfram und/oder andere Materialien enthalten. Die Trägerhalterung 70 ist dazu eingerichtet, die Detektion rückgestreuter Röntgenstrahlen zu verhindern, ohne die Größe und das Gewicht des Röntgendetektors 30 wesentlich zu erhöhen. Die Trägerhalterung 70 ist im Zusammenhang mit stationären oder ortsfesten sowie mit portablen Röntgendetektoren 30 verwendbar.

10: beispielhaftes mobiles Röntgenbildgebungssystem
12: Röntgenquelle
14: Säule
16: Basis der mobilen Röntgeneinheit
18: Hochspannungskabel
20: Ende des horizontalen Armes
22: fächerförmiges Strahlbündel
24: Fokuspunkt
26: Achse
28: abzubildendes Objekt
30: digitaler Flat-Panel-Detektor, Flachbilddetektor
32: Kollimatoranordnung
34: Host- oder Scannerschnittstelle
36: Kommunikationsschnittstelle
38: Tastatur
40: CPU
42: Speicher
44: Anzeigeeinheit
46: Bus
48: Abdeckung
50: Griff
52: Schablone
54: obere Abdeckung
56: hintere Abdeckung, Rückabdeckung
58: Szintillatorschicht
60: Detektorelementarray
62: Detektorelement
64: fotoleitfähige Region
66: Elektronikregion
68: Glassubstrat
70: Panel-Träger (Trägerhalterung) des Detektors
72: Elektronik
76: Röntgenstrahlung nicht absorbierender Verbundwerkstoff
78: Röntgenstrahlung absorbierendes Material
80: Isolatorschicht

Claims

Röntgendetektorsystem (30) mit einem Szintillator (58), der konfiguriert ist, um Röntgenenergie in Licht zu wandeln; mit einem Detektorarray (60), das mehrere Detektorelemente (62) aufweist, die dazu dienen, Licht von dem Szintillator (58) zu erfassen; mit einer Steuerungsplatine (72), die mehrere Elektronikkomponenten aufweist, um das Detektorarray während der Datenakquisition und des Datenauslesevorgangs zu steuern; und mit einem Panel-Träger (70), der zwischen dem Detektorarray (60) und der Steuerungsplatine (72) angeordnet ist, wobei der Panel-Träger wenigstens teilweise aus einem Strahlung absorbierenden Material (78) ausgebildet ist.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 1, wobei der Panel-Träger (70) wenigstens eine Schicht (78) eines Strahlung absorbierenden Materials (78) enthält.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Schicht (78) einen Flächeninhalt aufweist, der dem des Detektorarrays (60) entspricht.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 2, wobei das Strahlungabsorptionsmaterial (78) entweder Wolfram oder Blei oder Bariumsulfat enthält.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 1, wobei jedes Detektorelement (62) einen lichtempfindlichen Bereich (64) und einen Elektronikbereich (66) enthält, die durch ein Glassubstrat (68) gehalten sind, und wobei der Elektronikbereich (66) einen Elektronikschalter enthält, der mit einem kapazitiven Element und der Steuerungsplatine (72) verbunden ist.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 5, wobei der Elektronikschalter einen Dünnfilmtransistor enthält, der dazu eingerichtet ist, das kapazitive Element in einem Energiespeichermodus bei der Datenakquisition unter Vorspannung zu setzen und das kapazitive Element während eines Auslesemodus mit einer Ausleseelektronik der Steuerungsplatine (72) zu verbinden.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 5, wobei der Panel-Träger (70) ferner konfiguriert ist, um das Glassubstrat (68) zu tragen, so dass das Glassubstrat einer punktuellen Belastung von 300 Pfund standhalten kann, ohne zu brechen.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 1, wobei der Szintillator (58) Cäsiumjodid umfasst.
Röntgendetektorsystem (30) nach Anspruch 1, das ferner eine Abdeckung (54, 56) aufweist, in der der Szintillator (58), das Detektorarray (60), die Steuerungsplatine (72) und der Panel-Träger (70) untergebracht sind, wobei die Abdeckung (54, 56) einen Griff (50) aufweist, um die Portabilität des Röntgendetektorsystems zu unterstützen.