ES2625764T3 - Dispositivo formador de imágenes que comprende un conjunto de detectores de Cd(Zn)Te - Google Patents

Dispositivo formador de imágenes que comprende un conjunto de detectores de Cd(Zn)Te Download PDF

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Abstract

Un dispositivo formador de imágenes por radiación que comprende: una pluralidad de detectores individuales (10) situados adyacentes y que definen un área activa sensible a los rayos X, teniendo cada uno de dichos detectores individuales (10) una forma rectangular y definiendo juntos un área activa total con una longitud y y una anchura x; y al menos un módulo detector sobre el cual están montados dichos detectores individuales, en el que dichos detectores individuales (10) comprenden al menos dos detectores Cd(Zn)Te (13) individuales yuxtapuestos unos al lado de los otros con un gap (14) físico medio de al menos 0,005 mm entre los bordes más externos de los detectores Cd(Zn)Te, y cada detector (10) comprende un cristal de Cd(Zn)Te (16) conectado a un circuito de lectura de datos CMOS (17) y píxeles de tamaño desde 0,05 mm hasta 0,1 mm, caracterizado por que el gap físico medio es del 5% hasta el 100% del tamaño de píxel.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo formador de imageries que comprende un conjunto de detectores de Cd(Zn)Te Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
La presente invencion se relaciona con la formacion de imagenes por radiacion digital. En particular, la invencion se relaciona con la construccion efectiva de areas de formacion de imagenes optimizadas de diferentes tamanos y formas combinando detectores de plxeles semiconductores separados lado a lado de una manera a modo de mosaico de forma que la forma del area activa del sensor esta hecha para ajustarse tan exactamente como sea posible a la forma (o formas) del haz de rayos X de una aplicacion especlfica.
2, Descripcion de la tecnica relacionada
Un problema muy importante en la construccion de dispositivos formadores de imagenes por rayos X digitales es la fabricacion de areas sensoras grandes. Los dispositivos de area grande de la tecnica actual comerciales generalmente se apoyan en la tecnologla de panel plano. Sensores basados en otras tecnologlas tales como sensores de centelleo-CCD o especialmente sensores semiconductores CMOS producen una calidad mas alta pero adolecen de una limitacion en el area de formacion de imagenes activa posible de fabricar.
La maxima area activa continua de sensores basados chip detector continuo CCD y CMOS unitarios es tlpicamente unos pocos centlmetros cuadrados (cm2). Estos chips detectores unitarios pueden combinarse montandolos lado a lado de una manera a modo de mosaico para formar areas mayores. Tales construcciones en mosaico se han aplicado con exito en sistemas de escaneado, en los cuales el area de formacion de imagenes activa tiene una forma de ranura, para formar un conjunto lineal de elementos formadores de imagenes. Tambien se han fabricado con exito areas de formacion de imagenes de forma rectangular de unas pocas decenas de cm2. Areas rectangulares mayores de sensores basados en CCD y CMOS estan limitadas por el hecho de que un lado de los chips CCD y CMOS unitarios siempre es requerido para las conexiones electricas externas e impide el montaje lado a lado en ese lado. Los beneficios de construir areas de formacion de imagenes a partir de elementos detectores pequenos separados incluyen flexibilidad para formar areas de forma irregular y produccion rentable. Los sensores de la tecnica anterior, sin embargo, no han sido capaces de abordar estas necesidades.
Algunas aplicaciones pueden demandar areas sensoras diferentes para diferentes modos de formacion de imagenes. Por ejemplo, en formacion de imagenes por rayos X dental extraoral digital moderna el mismo sistema de formacion de imagenes deberla ser capaz de realizar tanto adquisicion de escaner panoramico de haz en abanico como formacion de imagenes tridimensional (3D) de haz conico. En el modo de escaner se prefiere un area de formacion de imagenes vertical relativamente larga en forma de ranura con el fin de ajustarse al area sensora con la forma de haz en abanico de rayos X y de optimizar la velocidad de recogida de datos. En el modo 3D un area de sensor mas corta verticalmente pero mas ancha horizontalmente es optima para proporcionar una cobertura de haz conico apropiada.
En la tecnica anterior, para ajustarse a estos requerimientos de area de sensor parcialmente contradictorios, los fabricantes de sistemas de rayos X dentales extraorales modernos o bien tiene que usar dos sensores digitales separados disponibles en la tecnica actual o bien un sensor mas grande (tlpicamente un panel plano) con un area suficiente de forma rectangular para cubrir ambas formas de haz la de abanico y la conica. Ambas de estas opciones presentan desventajas en terminos de coste compacidad y uso efectivo. La presente invencion se encarga de esta cuestion presentando un sensor de rayos X digital novedoso con una forma irregular unica de area activa optimizada para ambos de los modos de formacion de imagenes mencionados arriba. La formacion de imagenes por rayos X dental extraoral se da aqul solo como un ejemplo. La invencion puede usarse para sacar provecho en cualquier otra aplicacion de formacion de imagenes por rayos X con requerimientos similares de area de formacion de imagenes. La invencion puede realizarse especialmente bien con tecnologla de detectores de semiconductores CMOS pero puede tambien realizarse con otras tecnologlas tales como la tecnologla de centelleo-CCD.
Algunas ideas y metodos de construir areas formadoras de imagenes activas de tipo mosaico mas grandes de elementos detectores unitarios se han presentado y patentado [documento de patente de EE.UU. 6,207,744, documento de patente de EE.UU. 5,812,191, documento de patente europea EP0421869, documento de patente internacional W09708751, documento de patente europea EP0138647]. El objetivo de tales metodos es generalmente realizar un area de formacion de imagenes regular suficientemente grande de forma o bien rectangular o de ranura. La mayorla de los metodos presentados ensenan tecnicas para minimizar el inevitable espacio muerto o region ciega entre los elementos detectores separados. El gap mlnimo entre las areas activas de elementos detectores adyacentes se obtiene obviamente montando los elementos en contacto flsico unos con otros. Aunque eliminar o minimizar el espacio muerto entre elementos de sensores de elementos multiples es lo ideal para adquirir imagenes por rayos X uniformes, puede no ser factible desde el punto de vista de fabricacion el ensamblar los elementos detectores separados tocandose flsicamente entre si. Ademas de la forma irregular optima del area activa mencionada arriba, la presente invencion presenta una tecnica de fabricacion efectiva para sensores de
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elementos multiples. La tecnica es especialmente aplicable a sensores basados en tecnologla de semiconductores CMOS y tiene pertinencia especlfica para detectores de plxeles CdTe-CMOS.
Un dispositivo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 ha sido presentado en la convencion de 2.007 de la Sociedad Alemana para Ensayos No Destructivos (P. Rost y otros: “Ein neues digitales Prufsystem fur die radiografishe Prufung von Rohr-Rohrboden-Verbindungen an Warmetauschern mit computergestutzter Auswertung”, DGZfP-Jahrestagung, Furth (DE), 14-16, mayo 2.007).
Resumen de la invencion
La presente invencion proporciona una estructura de sensores que deja un gap flsico finito entre elementos detectores adyacentes. Esta estructura es una divergencia de las ensenanzas de la tecnica anterior de eliminar el espacio muerto entre chips detectores individuales. Esto trae ventajas definitivas en terminos de rendimiento de produccion y resistencia a largo plazo del sensor. Puesto que los semiconductores de estado solido son generalmente cristales fragiles, montarlos en contacto flsico aumenta grandemente el riesgo de danar los bordes del cristal con grietas o fracturas durante la produccion. Tambien deja a los elementos detectores mucho mas vulnerables a los danos causados por dilatacion termica o choque mecanico en comparacion con el metodo de montar los elementos con un gap flsico intermedio. Ademas, el contacto flsico entre los cristales detectores semiconductores puede conducir a distorsiones en la senal que recoge el campo electrico aplicado a los cristales. El gap entre los elementos detectores puede ser simplemente un espacio vaclo o el gap puede ser creado colocando algun material tal como pellcula de mylar entre los elementos detectores. El tamano del gap se define por la porcion de caracterizacion de la reivindicacion 1.
La invencion aplica a sensores formadores de imagenes por rayos X hechos de detectores de plxeles de CdTe- CMOS.
La invencion es para ser usada en particular en formacion de imagenes por rayos X dental extraoral pero es beneficiosa en otras aplicaciones tambien.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 ilustra diferentes opciones de formas irregulares del area activa del sensor de rayos X inventado.
La figura 2 ilustra una forma preferida del area activa del sensor de rayos X inventado disenado para formacion de imagenes por rayos X dental extraoral.
La figura 3 ilustra formas preferidas del area activa del sensor de rayos X inventado disenado para formacion de imagenes por rayos X dental extraoral.
La figura 4 ilustra una forma preferida del area activa del sensor de rayos X inventado disenado para formacion de imagenes por rayos X dental extraoral.
La figura 5 ilustra varias vistas de un elemento detector.
La figura 6 ilustra un sensor de ranura con tres elementos sensores separados, el cual es una realizacion de la presente invencion.
La figura 7 ilustra dos substratos de sensor identicos poblados con elementos sensores para formar diferentes areas sensoras activas.
La figura 8 ilustra un sensor construido de dos substratos de sensor separados.
La figura 9 es un esquema de un sistema de formacion de imagenes por rayos X dental extraoral.
Descripcion de realizaciones preferidas
Un dispositivo formador de imagenes por radiacion incluye varios detectores individuales que definen un area activa rectangular irregular sensible a los rayos X y con diferentes anchuras a lo largo de una longitud del area activa. Los detectores individuales pueden ser de formas rectangulares diferentes y estar montados sobre una placa base. La placa base puede estar formada por un primer modulo que monta un primero de dos detectores individuales y un segundo modulo separable conectado al primer modulo y que monta un segundo de dos detectores individuales.
Una forma 5 preferida del area activa del sensor de rayos X se muestra en la figura 2. La forma 5 esta construida, en este ejemplo, a partir de nueve elementos detectores individuales 8 y esta disenada para las necesidades de formacion de imagenes por rayos X dental extraoral moderna en la cual un haz en abanico 3 es, al mismo tiempo, usado para formacion de imagenes por escaneo panoramico y un haz conico 4 rectangular se usa para formacion de imagenes tomografica 3D. En la figura 2 se dan dimensiones tlpicas del area activa preferida. Como puede observarse de la figura 2, la cobertura del haz del area de sensor activa 5 preferida de forma irregular es mucho mejor que la de un area rectangular 6 convencional grande. La forma rectangular 6 deja mucha mas area de sensor
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7 inutil tanto en modo panoramico (haz en abanico) como en modo 3D (haz conico).
Segun se ilustra por las figuras 1-2, en cada caso, el dispositivo formador de imagenes por radiacion incluye un area activa sensible a los rayos X. El area activa tiene una forma rectangular irregular con una longitud total y (150 mm en la figura 2) y una anchura total x (50 mm en la figura 2). Ventajosamente, cada dispositivo formador de imagenes tiene diferentes anchuras locales (50mm, 6 mm en la figura 2) para correspondientes rangos diferentes a lo largo de la longitud (respectivamente las mitades inferior y superior del dispositivo de la figura 2).
La figura 3 muestra otras tres formas 19, 20 y 21 preferidas de area de sensor activa en la aplicacion de formacion de imagenes por rayos X dental extraoral. Muchas otras formas similares pueden usarse tambien en formacion de imagenes dental extraoral. La eleccion de la forma depende de las formas del haz de rayos X de la aplicacion. La forma 19 proporciona cobertura para un haz conico grande el cual puede ser deseado para adquirir datos de imagen desde un area grande para formacion de imagenes 3D o de capas transversal (tomografica) mas exhaustiva. Las formas 20 y 21 proporcionan menos cobertura de haz conico dando como resultado una solucion de sensor mas economica. En la forma 21 el area 22 de haz conico esta elevada mas alta que en la forma 20. La forma 21 es una forma de sensor deseable si el haz conico de rayos X esta centrado mas alto por encima de la barbilla para cubrir mas eficientemente la region de los dientes.
La figura 4 muestra otra forma 9 preferida del area activa optimizada no solo para formacion de imagenes tomografica y panoramica dental sino tambien para formacion de imagenes cefalometrica. En formacion de imagenes cefalometrica, se adquiere una imagen del craneo humano completo y, por lo tanto, la dimension vertical de la parte corta del area de sensor activa tiene que ser mas larga.
La figura 5 muestra un dibujo de un elemento detector 10 usado para construir areas de formacion de imagenes mas grandes en un dispositivo formador de imagenes por radiacion de acuerdo con la presente invencion. Se muestran vistas desde arriba y lateral 23 y 24, respectivamente, del elemento 10. La estructura del elemento 10 refleja la estructura de un detector CdTe-CMoS la cual comprende un cristal de CdTe 16 conectado a un circuito 17 de lectura de datos CMOS. El elemento 10 tiene conexiones electricas 11 (tlpicamente uniones de alambres por ultrasonidos) en un lado que impiden el montaje lado a lado de los elementos en este lado. Otros elementos pueden ser montados muy cerca o en contacto flsico a este elemento 10 en todos los otros lados 12.
La figura 6 ilustra el dispositivo formador de imagenes por radiacion inventado con elementos detectores 13 lado a lado con un gap 14 flsico finito entre los elementos 13. El gap 14 entre los bordes mas externos de los elementos detectores puede estar vaclo o puede ser rellenado colocando un material aislante electrico 15 tal como una pellcula de mylar entre los elementos 13. La anchura del gap 14 esta en relacion con el tamano de la dimension de pixel del detector y puede ser menor que el tamano de pixel siempre y cuando se mantenga el aislamiento electrico y se evite el contacto flsico. Esto es importante puesto que los bordes pueden ser “rugosos” o recortados con algun grado de “desportillado” aceptable y, por lo tanto, puede hacerse referencia mas apropiadamente a la distancia entre los bordes como distancia media. Un tamano tlpico de pixel puede ser 0,1 mm.
No obstante, la invencion tambien aplica a pixeles de tamano desde 0,05 mm hasta 0,1 mm. Para el pixel de 0,1 mm, el gap esta dentro del rango de 0,005 mm a 0,10 mm, puesto que ofrece un espaciamiento adecuado pero tambien un gap suficientemente pequeno comparado con el tamano de pixel.
En una realizacion, el dispositivo formador de imagenes por radiacion inventivo esta hecho de detectores Cd(Zn)Te individuales yuxtapuestos unos al lado de los otros con un gap flsico medio de 0,005 mm - 0,10 mm entre los bordes de los detectores Cd(Zn)Te. Este gap puede ser provisto mediante una pellcula, por ejemplo, mediante un mylar de 0,005 mm - 0,10 mm de grosor o, como alternativa, colocando con precision los detectores Cd(Zn)Te usando un microscopio que tenga una gap medio en el rango anterior.
La figura 7 muestra como pueden construirse dos formas 32 y 33 diferentes de area de sensor activas sobre substratos de sensor 34 identicos (a los que se hace referencia tambien como modulo(s) detector(es)). En esta ilustracion, el modulo detector/substrato 34 es una placa de circuito impreso (PCB). El mismo substrato puede acomodar un numero variable de elementos detectores de forma y tamano diferentes o identicos para formar un area de sensor activa deseada. El beneficio de esto es una produccion rentable y eficaz en tiempo.
La figura 7 muestra, para cada uno de los modulos detectores/substratos 34 sensores identicos, una pluralidad de detectores individuales que definen un area activa sensible a los rayos X. Las areas activas tienen, cada una, una forma rectangular con una longitud total y y una anchura total x. En cada caso, el modulo detector/substrato 34 sirve como una placa base comun con el area activa comprende detectores individuales de diferente forma rectangular montados comunmente sobre la placa base. Segun se muestra, un primero de los detectores tiene una primera longitud activa y1 y una primera anchura activa x1, y un segundo de los dos detectores tiene una segunda longitud activa y2 y una segunda anchura activa x2. Como los dos tipos de detectores individuales tienen formas rectangulares diferentes, al menos una de la primera longitud activa y1 y la segunda longitud activa y2 son diferentes o la primera anchura activa x1 y la segunda anchura activa x2 son diferentes. Esto permite la construccion del area activa para ser de tal forma que la anchura activa x varle a lo largo de la longitud activa y (por ejemplo, veanse la anchura activa x y x' en la figura 7).
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La figura 8 muestra como puede construirse un area de sensor deseada combinando dos substratos de sensor 35 y 36 diferentes lado a lado de una manera separable. En este ejemplo, el substrato 35 acomoda un sensor de disposicion lineal en forma de ranura y el substrato 36 acomoda un sensor de forma cuadrada. El beneficio de esto es, como arriba, desarrollo de producto y produccion efectivos. Usar varios substratos permite que los substratos separados se usen independiente y flexiblemente en aplicaciones en las que no se requiere una forma irregular del area de sensor o en combinacion para formar una forma de area activa de acuerdo con la presente invention.
La figura 8 muestra un dispositivo formador de imagenes por radiation que comprende un primer modulo 35 (es decir, primer substrato detector) que monta un primer detector individual 37 y un segundo modulo 36 (es decir, segundo substrato detector) separable conectado al primer modulo 35 y que monta un segundo detector individual 38. Juntos, el primer y el segundo detectores definen el area activa sensible a los rayos X. Segun se muestra, los primer y segundo detectores son de forma rectangular diferente con al menos una de sus longitudes y anchuras que es diferente.
La figura 9 ilustra la aplicacion a la formation de imagenes por rayos X dental extraoral. Un paciente 25 esta colocado entre una fuente de rayos X 26 y un sensor 27 formador de imagenes por rayos X. La adquisicion de imagenes se realiza como un escaneo rotacional alrededor de la cabeza del paciente. La forma 28 del haz de rayos X esta, en esta ilustracion, optimizada para adquisicion simultanea de una imagen panoramica y una imagen tomografica. Los datos de imagen tomografica son recogidos por la parte 29 mas inferior y mas ancha del area de sensor mientras que la longitud 30 entera mas estrecha en forma de ranura del area activa se usa para recoger los datos de la imagen panoramica.
Los datos son adquiridos a una velocidad predeterminada como cuadros de imagen correspondiendo cada cuadro a una determinada position de la fuente de rayos X y del sensor a lo largo del recorrido rotacional del escaneo. Los datos son enviados a una computadora 31 para reconstruccion y visualizacion de la imagen. Una capa de panoramica completa o una parte local de una capa panoramica as! como una rebanada transversal o una imagen 3D correspondiente a una parte local de una capa panoramica pueden ser reconstruidas a partir de los cuadros de datos.
El sistema de la figura 9 proporciona, asl, un sistema de formacion de imagenes por rayos X dental extraoral. La fuente de rayos X 26 genera rayos X para exposition de tales rayos X al paciente del que se van a formar imagenes. Los dispositivos formadores de imagenes 28 por rayos X, segun se describio arriba, se usan para producir multiples cuadros durante al menos parte de la exposicion. Al menos uno de la fuente de rayos X y el dispositivo formador de imagenes rotan alrededor de al menos un eje de rotation 37 definido mediante una acanaladura 38, estando situado el eje entre el punto focal de la fuente de rayos X y el dispositivo formador de imagenes por rayos X y cambiando de posicion a lo largo de las direcciones 39 y 40 durante el escaneo.
La computadora 31, un procesador, procesa los cuadros de una unica exposicion para componer selectivamente al menos dos de un grupo de elementos, comprendiendo los elementos (a) una imagen de capa panoramica dental predeterminada, (b) una parte local de imagen de capa panoramica dental no predeterminada, (c) una rebanada transversal a una parte local de una imagen de capa panoramica dental; y (d) una reconstruction 3D de un volumen que corresponde a alguna parte local de una capa panoramica dental.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo formador de imagenes por radiacion que comprende:
    una pluralidad de detectores individuales (10) situados adyacentes y que definen un area activa sensible a los rayos X,
    teniendo cada uno de dichos detectores individuales (10) una forma rectangular y definiendo juntos un area activa total con una longitud y y una anchura x; y
    al menos un modulo detector sobre el cual estan montados dichos detectores individuales, en el que dichos detectores individuales (10) comprenden al menos dos detectores Cd(Zn)Te (13) individuales yuxtapuestos unos al lado de los otros con un gap (14) flsico medio de al menos 0,005 mm entre los bordes mas externos de los detectores Cd(Zn)Te, y
    cada detector (10) comprende un cristal de Cd(Zn)Te (16) conectado a un circuito de lectura de datos CMOS (17) y plxeles de tamano desde 0,05 mm hasta 0,1 mm,
    caracterizado por que
    el gap flsico medio es del 5% hasta el 100% del tamano de pixel.
  2. 2. El dispositivo formador de imagenes por radiacion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el tamano de pixel es 0,1 mm y el gap esta dentro del rango de 0,005 mm a 0,1 mm.
  3. 3. El dispositivo formador de imagenes por radiacion de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la anchura del gap es tal que mantiene el aislamiento electrico y evita el contacto flsico entre los detectores.
  4. 4. El dispositivo formador de imagenes por radiacion de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:
    una pellcula que separa cada uno de los detectores individuales.
  5. 5. Un sistema de formacion de imagenes por rayos X dental extraoral, que comprende el dispositivo formador de imagenes por radiacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 4.
ES15157246.8T 2007-06-25 2008-06-19 Dispositivo formador de imágenes que comprende un conjunto de detectores de Cd(Zn)Te Active ES2625764T3 (es)

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US11/819,018 US7742560B2 (en) 2005-05-02 2007-06-25 Radiation imaging device with irregular rectangular shape and extraoral dental imaging system therefrom

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