TWI416100B - 重調數位乳腺ｘ光攝影偵測器 - Google Patents

重調數位乳腺ｘ光攝影偵測器 Download PDF

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Description

重調數位乳腺X光攝影偵測器
本發明一般係關於醫學成像系統，其使用數位放射線攝影偵測器，且更特定言之係一數位放射線攝影偵測器，其能重調成一既有以膠片為主之乳腺X光攝影曝光系統。
多年來，習知的膠片螢幕放射線攝影一直用作醫學成像診斷系統。X射線透過病人的身體部分投影以輻射包含一閃爍體螢幕之匣盒，該匣盒將X射線轉換成光以在與該螢幕直接接觸地放置的一片膠片上形成一潛伏放射線攝影影像。該膠片接著經化學或熱處理以產生一可見放射線攝影影像，其可被醫療專業人士用於診斷之目的。習知以膠片為主之系統存在之問題包括：獲得診斷影像之延遲，需要化學或熱處理，以及難以在直接醫療機構之外提供放射線攝影影像。此等及其他關於以膠片為主之解決方案之問題已激發數位放射線攝影成像系統之發展。
進行放射線攝影成像之一方面係控制病人與偵測器接收之X射線曝露量的重要性，此係由於離子輻射的過量曝露會對病人有害並且會在膠片上產生不期望之密度位準。自動曝光控制(AEC)裝置係已因此目的而開發，且其可用於廣範圍的以膠片為主之系統，包括乳腺X光攝影系統。自動曝光控制(AEC)利用放置在輻射路徑中之偵測器監視曝光，並且感測此輻射位準以在適當時機自動停止X射線發射。當使用更高能量(其通常用於一般放射線攝影)時， AEC偵測器通常放置在成像匣前面。在乳腺X光攝影情形中，其中較低X射線能量位準係用於提高物體對比度，AEC偵測器較佳放置在成像匣後面，以減少產生對放射線攝影影像不期望之干擾的可能性，該干擾由AEC偵測器吸收X射線所引起。
近來，電腦放射線攝影(CR)數位系統已發展用於乳腺X光攝影，其利用可重複使用的儲存螢光體板，該螢光體板經掃描以產生一數位放射線攝影影像。該儲存螢光體板係通常包含於一匣盒中，其可具有與膠片匣相同之尺寸，並且該螢幕/匣盒組合具有放射線攝影衰減特性，該特性使儲存螢光板體與既有X射線曝光及AEC系統相容。CR系統在市場上很受歡迎，此係由於當使用既有X射線曝光系統時，其提供數位成像很多優點，從而使轉換成數位成像之成本最小化。然而，在其他問題中，CR系統仍導致獲得診斷影像之延遲，此歸因於需要在成像裝置內將CR匣從其位置移除，並且需要掃描已曝光之CR板。
數位放射線攝影乳腺X光攝影作為膠片螢幕及CR放射線攝影系統之一替代，正越來越被接受。使用數位放射線攝影(DR)，將在輻射敏感層上已捕獲之輻射影像曝光逐個像素轉換成數位影像資料，其經儲存且隨後顯示在電子顯示器件上。數位放射線攝影成功之驅動力之一為能夠快速經由網路顯現且傳送一放射線攝影影像至一遠端位置，以供放射學家分析與診斷，無化學或熱處理成本與延遲，並且無在藉由快遞或透過郵件傳輸硬複製處理的放射線攝影膠 片時之延遲。此外，DR偵測器之高偵測量子效率(DQE)能夠改良在低的病人輻射劑量時的影像品質。
DR偵測器可為直接或間接的轉換器件。直接偵測器使用與TFT陣列接觸之材料(例如硒)以轉換X射線光子為電荷信號，該等信號隨後經轉換成影像之數位表示。間接偵測器使用閃爍體螢幕將X射線轉換成可見光，隨後經由與非晶矽光二極體及TFT陣列接觸偵測該可見光。兩種類型之DR偵測器皆已顯示能產生診斷品質影像。
如今用於投影數位放射線攝影的以固態離子化輻射為主之影像偵測器(此後稱為DR偵測器)相對較大且更貴。此等偵測器通常包括以下主要組件：一保護外罩；X射線轉換器材料；一具有非晶矽電路之玻璃基板，該電路捕獲且選擇性提供影像信號於一像素基極上；高密度互連電路，其接收讀出命令，並且傳輸影像信號至轉換電子元件；讀出ASIC，其放大信號電荷且多工該等信號以進行類比至數位轉換；以及額外電子元件，其控制面板操作且傳輸數位影像資料至一主電腦。此等器件存在若干設計限制。例如，在此等系統中之低信號位準要求自偵測面板至讀出電子元件的實體距離保持盡可能短，以獲得可接受之信號對雜訊比，因此驅動該偵測器裝配件以包含該偵測器裝配件包覆內的大部分電子組件。許多電子組件本身需要成像X射線防護，通常係以鉛屏蔽的形式，以減少損壞或故障之風險。
成本仍為一重要問題。使用此種偵測器之完整的乳腺X 光攝影DR系統需要充足的資金投資，因該系統通常包括專有硬體，例如DR偵測器、操作者介面、處理電腦、X射線產生器、X射線源，以及病人定位器。因此，DR系統非常昂貴並且目前市場對於這項高成本投資很小。目前以DR偵測器為主之系統與以膠片為主之系統不相容，因此對於目前支援膠片或CR匣的X射線成像系統之龐大的安裝基礎，未能提供一數位成像解決方案。因此需要提供一以DR偵測器為主之成像系統，其與乳腺X光攝影X射線成像系統之龐大的安裝基礎向後相容。
為努力確保與X射線曝光設備的相容性，醫學放射線攝影匣/螢幕/膠片之尺寸係依據國際標準ISO 4090：2001(E)指定，其題目為"Photography－Medical Radiographic cassettes/screens/films and hard－copy imaging films－Dimensions and specifications"。此說明書包含習知膠片與CR磷光體螢幕兩者，其中對於乳腺X光攝影，其標稱成像面積高達8 cm×24 cm與24 cm×30 cm(度量原點)。標準匣尺寸係如此ISO標準之部分指定，其包括最大匣厚度約為16.0 mm。此標準之"輻射偵測器之自由場"部分指定匣/螢幕/膠片之面積與X射線傳送特徵以確保與習知AEC系統的相容性。
已存在數種經設計並用於指定放射線攝影程序之X射線設備類型與組態。例如，此等系統包括牆立式、地板黏著式、櫃式或桌式單元，其經設計用於仰臥、直立或其他病人定向。已設計特定系統係以能夠有效操作乳腺X光攝影拍攝程序。習知X射線設備的主要製造商包括(例如)西門 子(Siemens)、飛利浦(Philips)以及通用電器(General Electric)。預計全世界安裝的習知乳腺X光攝影X射線設備超過30,000套。為服務此龐大安裝基礎的擁有者及使用者，並提供他們DR成像技術之優點，有利的係提供一重調DR偵測器，其允許自以膠片為主之成像至數位成像相對無縫之傳輸。
為此一般目的，對於使DR成像解決方案適於既有以膠片為主之X射線系統之問題，已存在若干提議解決方案，其包括下列：美國專利第5,844,961號(McEvoy等人編)，揭示一無膠片數位X射線系統，其經設計以與標準X射線匣外罩外部尺寸相容，但其不提供與既有乳腺X光攝影AEC系統的相容性。
美國專利第6,592,257號(Heidsieck等人編)與美國專利第5,715,292號(Sayag等人提出)揭示小面積乳腺X光攝影點成像偵測器，其用於(例如)針法活組織檢查之診斷程序，且與膠片匣固持器相容，但其不提供與AEC系統全場成像的匹配性或相容性。
美國專利第6,800,870號(Sayag)揭示一CR螢幕與讀取系統，其與膠片匣基X射線曝光系統相容，但其需要讀出曝光後之儲存螢光體板，因此延遲影像的可用性。
美國專利第6,734,441號(Wendlandt)揭示一CR匣設計之特徵，即其與AEC系統相容，但仍需要讀出曝光後之儲存螢光體板，因此延遲影像可用性。
諸如此等所示之解決方案，需要數位重調以膠片為主之系統已得到很好承認。然而，所提議之關於DR重調系統的解決方案並未解決全場乳腺X光攝影成像之特定挑戰性需求。數位重調器件必須適配於乳腺X光攝影膠片匣之既有形狀因數內，需要緊湊封裝。同時，AEC相容性對於與既有放射醫學系統相容性係一重要需求，並且其對於組件封裝提出更進一步之限制。提供所需腔壁存取距離係另一挑戰。因此，應瞭解存在提供DR之優點，並與既有X射線設備相容的重調數位乳腺X光攝影偵測器之需求。
本發明係針對提供一系統，其解決上述問題與需求。本發明提供一種數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一第一外罩，其實質上具有一膠片匣之該形狀因數，並且具有一腔壁邊緣，該第一外罩包括：(i)一X射線轉換器，其耦合一偵測陣列，其中在該偵測陣列中之每一偵測器根據藉由該X射線轉換器所接收之輻射量產生一信號；(ii)讀出電子元件，其與偵測陣列中之交換元件耦合以獲得來自該偵測陣列中之信號，其中該等讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件，且其中讀出電子元件係朝第一外罩之外部邊緣並遠離第一外罩之腔壁邊緣分佈；(iii)X射線屏蔽，其保護讀出電子元件，且定位在X射線轉換器之一部分下方；以及 b)一第二外罩，其電性連接至該第一外罩，且包括：(i)一電源來源，其用於偵測及交換元件陣列；以及(ii)控制電子元件，其用於獲得自第一外罩中之讀出電子元件提供之信號。
本發明之特徵係提供具有一預定區域之DR偵測器，該區域實質上能透射X射線輻射。
本發明之一優點為提供一數位放射線攝影重調器件，其使用既有自動曝光控制系統。
以下參考附圖詳細描述本發明之較佳具體實施例，其中，相同參考數字識別每一圖式中之相同結構元件。
現參考圖1，其顯示用於X射線檢查室中之典型投影X射線裝置。如圖所示，病人100位於一支撐物102上。X射線源104透過病人100的身體部分投影X射線106以形成對應解剖結構之放射線攝影影像，其藉由黏著於放射線攝影匣108(其安裝於支撐物102中)中之數位偵測器來偵測。X射線源104係藉由X射線產生器與控制器110來啟動及控制。支撐物(Bucky)102亦可容納一抗散射格柵112。自動曝光控制(AEC)感測器114可位於X射線106之路徑中放射線攝影匣108之前。或者，如乳腺X光攝影之一般實踐，自動曝光控制(AEC)感測器114'係置放在放射線攝影匣108下方。偵測器控制器116係連結至放射線攝影匣108中之數位偵測器及主電腦118。抗散射格柵112與自動曝光控制114、114'係連結至X射線產生器與控制器110，該控制器通常係連結 至一外部電腦或其他控制邏輯處理器。
先前引用之ISO 4090：2001標準限定AEC器件所需之自由場存取的特定尺寸需求。參考圖2，其顯示根據此標準，用於乳腺X光攝影之輻射偵測器10之自由場要求的平面圖。自由場區域12係定義為一區域，其中偵測器10應提供一最小衰減。自動曝光控制感測器114'之相對位置於圖2中以虛線輪廓代表，實際上，從此圖看，感測器114'位於自由場區域12內的任一位置。在此區域上之最小衰減允許AEC控制在其最佳敏感度範圍內工作，此有助於最小化病人曝光之危險，且賦予成像偵測器需要之曝光位準。
另一挑戰為偵測器封裝，其與腔壁存取有關，參考根據ISO 4090：2001規格之膠片－胸腔之距離。重要的是，自偵測器裝配件之邊緣至其作用區域不超過最小存取距離，以最大化可成像區域。此帶給偵測器設計進一步之限制，即需要緊湊封裝同時限制組件尺寸與放置。
在習知DR偵測器設計中，若干支撐電子組件需要屏蔽入射輻射。提供電源與邏輯信號、同時不需要輻射屏蔽之其他電子組件給輻射帶來一障礙，即易於削弱信號且因此劣化AEC感測器114'之性能。其上沈積有DR偵測陣列之基板材料同樣給輻射帶來一障礙，即易於削弱信號且因此劣化AEC感測器114'之性能。因此，應瞭解習知DR偵測器設計方法難以適用於該任務，即針對乳腺X光攝影成像重調DR偵測器設計。
為提供此等系統一重調DR偵測器，本發明採取一新穎 的組件封裝之方法，其不同於習知DR偵測器設計所遵循之方法。本發明之裝置及方法可利用兩種主要類型之DR偵測裝置中的任一者：間接DR裝置，如圖3A之示意性方塊圖所示，或直接DR裝置，如圖3B之示意性方塊圖所示。該兩種類型之成像裝置主要不同在於：在偵測器裝配件20中，原始影像信號如何產生，該偵測器裝配件20使用提供於一匣外罩18中之X射線轉換器70。在兩種類型之偵測器中，X射線轉換器70與一偵測陣列26耦合，該陣列經適當組態用於信號產生模式。
間接DR系統使用一強化磷光體螢幕(閃爍體)22以轉換X射線輻射為可見光。此轉換程序與偵測系統的詳細說明係揭示於美國專利第5,650,626號(Trauernicht等人)中。如熟習成像技術人士所熟知，在偵測陣列26中之像素化元件係電耦合至對應列/行驅動器電子元件，該等電子元件同步地將信號自偵測陣列26交換至下游成像電路以進行影像收集與形成。在圖3A之間接DR器件中，閃爍體螢幕22提供光輸出以回應接收之輻射。在熟習成像技術人士熟悉之一像素配置中，偵測模組24包括偵測陣列26，其中在該陣列中每一偵測器產生一信號，其對應於來自閃爍體螢幕22之光的接收位準。光感測器與用於提供偵測陣列26中每一像素元件之支援信號交換電路係薄膜組件，其對於入射X射線呈現低衰減之特徵。
直接DR系統使用一光導體材料層(例如非晶硒(a－Se)或碘化鉛(PbI2 ))以將X射線輻射轉換成電荷。此轉換程序與 偵測系統的詳細說明係揭示於美國專利第5,319,206號(Lee等人)中。在圖3B之直接DR裝置中，匣外罩18具有一偵測陣列26，其係電耦合至一光導體層。在該偵測中之每一像素合併一收集電荷之導電電極與一儲存電荷之電容器元件。如熟習成像技術人士所熟悉，在陣列中之每一元件提供與所接收X射線輻射成正比之輸出信號，且耦合至一交換元件，該交換元件將輸出信號輸至一信號線。該偵測過程係直接的，因為影像資訊係自X射線直接轉換成電荷，無中間過程。
對於間接DR(圖3A)與直接DR(圖3B)具體實施例兩者而言，接著使用讀出電子元件74獲得自每一像素元件以列與行的方式產生之信號，以提供二維影像資料。與像素信號交換元件(其係提供作為偵測陣列26之部分)不同，讀出電子元件74係習知積體電路組件。由結晶矽形成且因此對於自入射X射線之損傷展現敏感性之讀出電子元件74包括以下組件：行讀出電路28、列讀出電路30以及讀出控制電路32。此等組件通常屏蔽X射線輻射，如隨後所述。電子元件外罩40包含一電源供應42及序列控制組件44，其用於資料格式化及介面功能。外部電腦50包括一控制邏輯處理器52、一高速介面54、一影像處理子系統56，以及顯示器及其他組件。
圖4之透視圖顯示偵測器20組件之一配置，其使用一有纜配置。以此組態，外罩18包含用於獲得影像信號之必要組件，如圖3A及3B所示。電子元件外罩40採用佈線連接 至外罩18組件，以使電源供應與電子組件之若干部分定位一遠離成像區域之短距離。在一具體實施例中，此配置允許外罩18具有一乳腺X光攝影膠片匣之該形狀因數。選擇性天線46或其他類型之無線傳輸機制可用於提供該介面一外部電腦50。此亦可為一硬線式連接以用於資料傳輸。
有利的是，以圖3A、3B及4所示之配置，偵測器20之設計僅封裝必要之組件以獲得在匣外罩18內之影像信號。其他提供電源與控制以及資料通信功能之組件係封裝於電子外罩40中，以使其不阻擋自由場區域12。
注意在偵測陣列26內產生之信號位準相對較弱。因此，為準確獲得每一像素之信號位準並最小化雜訊之衝擊，最有益的辦法係定位行讀出電路28及列控制電路30與其對應感測器元件盡可能接近。獲得且緩衝此等信號之組件應放置在附近以最小化雜訊之負面衝擊以及電磁干擾(EMI)。然而，根據習知信號線路實際應用，可接受較短的分離距離。其他支撐組件，例如電源供應與控制以及資料介面元件，可進一步遠離偵測陣列26之像素感測元件而隔開，同時不會對偵測器性能產生可感知之衝擊。因此，圖4之有纜配置可為此器件之組件放置提供一有用替代方案。
如前面引用的美國專利申請案編號11/441,584所揭示，本發明之一替代具體實施例顯示於圖5及6中。此處，DR偵測器200包括一較高外罩202與一較低外罩204，其經固定在一起且形成一空腔206。黏著於空腔206內的係：黏著於一加固器210上之偵測陣列26、螢幕(閃爍體)212、順應 式泡沫部件214、以及黏著於下外罩204之停止凸起217上之彈性體吸震支撐物216。撓曲電路218連接在偵測陣列26與電子元件220之間。一選擇性無線介面222係與電子元件220相連。可將一選擇性電池組224黏著於下外罩204之隔室226中。電池組224與電子元件220係熱耦合至一薄片金屬部件228，該部件充當散熱座用於電池組224與電子元件220所產生之熱。X射線106以箭頭A之方向投影至DR偵測器200。提供遮罩238以保護電子元件220、電池組224以及其他組件。
圖5及6之具體實施例具有閃爍體螢幕212，其藉由順應式泡沫部件214與偵測陣列26接觸而放置，該部件施加並保持此實體接觸。螢幕212與偵測陣列26之間的實體接觸係可藉由(例如)一個彈簧或複數個彈簧替代施加。此外，一折射率匹配型光學黏著劑可用於直接將螢幕212黏結至偵測陣列26，以致於無需順應式泡沫部件。重要的是，實體接觸可在偵測陣列26之整個作用區域上得以保持，以最大化光耦合，從而使經轉換之可見光得到均一且有效的傳輸。
為用作重調，DR偵測器200係針對與既有乳腺X光攝影膠片匣之形狀因數相容性而設計。如上所述，此等膠片匣之標準影像面積尺寸(例如)為18 cm×24 cm與24 cm×30 cm，儘管亦可使用其他尺寸。設計DR偵測器200之一目標為允許繼續使用習知上已具有以膠片為主之X射線成像系統之自動曝光控制(AEC)組件。然而，與膠片(其對於自動曝光 控制感測器114'呈現對輻射均勻較低的衰減)不同，DR偵測器200組件包括由結晶矽形成之固態器件、互連跡線，以及電池或其他電源供應組件。另一複雜性導致需要輻射屏蔽DR偵測器200之至少部分此等電子組件。此外，其上沈積偵測陣列26之基板必須提供對自由場區域12內之輻射之低衰減，以提供足夠信號至AEC感測器114'。因此，對既有以膠片為主之X射線成像裝置提供DR偵測器重調並同時保留AEC能力之任務體現一相當之挑戰。
在一具體實施例中，本發明之DR偵測器200藉由使用其內部電子組件之一替代性配置解決此問題。為避免阻擋自由場區域12，本發明之方法將電子組件及其相關聯屏蔽之位置遠離此區域偏移至其他位置。此外，由於需要獲得具有最小雜訊之相對低位準之信號，因此需要此重新配置位置電路以捕獲此等信號，使其盡可能與對應感測器組件足夠近，但離自由場區域12盡可能遠。
圖7自一平面圖顯示，偵測器20之一有纜具體實施例如何配置。此處，匣外罩18(自相對於X射線源側面顯示且無覆蓋)包含必要電子元件以獲得所感測之影像資料，如前面參考圖3A及3B之方塊圖所述。存在一未阻擋區域62，如圖7之虛線輪廓形式所示，其由屏蔽238之輪廓定義，與自由場區域12相對應。腔壁邊緣係指定為C。亦如參考前面圖3A及3B所述，電子外罩40包含可方便地放置在離電路若干距離的組件，該電路獲得提供影像資料之低位準信號。一或多根線路48將電子外罩40連接至匣外罩18。
圖8的方塊圖顯示，當使用本發明之DR偵測器裝配件20時，未阻擋區域62在AEC控制迴路64中之作用。為簡化起見，未顯示病人，亦未顯示下游影像處理組件，該等組件協作以形成並顯示自偵測器裝配件20獲得之影像資料。此外，偵測器裝配件20係顯示無其保護遮蓋層以及無其閃爍體螢幕22(間接DR)或光導體23(直接DR)。如光束66所表示，穿過偵測器裝配件20之部分輻射由AEC感測器114'取樣作為回授。隨後，X射線產生器及控制器110利用此回授信號控制X射線源104，當已遞送足夠曝光時中止輻射。應注意，若沒有自由場區域12，控制迴路64與AEC感測器114'則不能使用。
圖9之詳細平面圖顯示在偵測器裝配件20內之電子組件的封裝配置，其允許為此目的而保留未阻擋區域62。同樣，自由場區域12以虛線輪廓顯示。為滿足緊湊封裝與腔壁存取之需求，此配置將衰減X射線光束之電子組件遠離腔壁邊緣C分佈，並且需要遠離未阻擋區域62屏蔽，以使該等組件朝匣外罩18之其他邊緣定位。屏蔽238之輪廓定義未阻擋區域62。為滿足高密度封裝之需求，列驅動器電路230係沿匣外罩18之每一短邊緣放置。行讀出電路232係沿匣外罩18之邊緣放置，其與腔壁邊緣相對。讀出控制與介面電路234係最靠近未阻擋區域62定位，其獲得每一感測影像像素之低位準信號。在驅動器電路與讀出控制與介面電路234之間的面板互連236亦放置在未阻擋區域62之外。其他互連撓曲電路亦選路以便不阻擋此區域。
其上沈積偵測陣列26之基板必須定位在未阻擋區域62之內。通常偵測陣列由薄膜非晶矽組件組成，例如具有奈米厚度之電晶體與光偵測器。此等結構不會受到X射線曝光嚴重影響，且其對輻射光束提供最小衰減。
用於DR偵測器之基板可由玻璃製成，例如具有厚度為0.4 mm至0.7 mm之Corning 1737鋁矽酸鹽玻璃以及Corning EAGLE2000 熔融形成之玻璃。在習知DR偵測器中，來自X射線光束源之X射線(稱作初級X射線)未被X射線轉換器70完全吸收。一些X射線被偵測陣列26吸收(例如藉由信號感測元件本身吸收)，一些穿過偵測陣列遇到玻璃基板，該基板可能包含高濃度的重元素，例如鋇。一些重元素原子在吸收X射線後發射出更低能量的螢光X射線(稱作二級X射線)。該等二級X射線係藉由在該等元素之吸收邊緣K或L上吸收X射線產生。在K或L殼層中之電子係藉由吸收入射X射線噴射。當電子向下級聯以填充空的較低能量態時，可在一特定元素能量特性處產生X射線。
二級X射線可在任何方向發射，但彼等發射回至磷光體螢幕之射線可引起空間解析度之損失，並且提高影像雜訊，從而導致影像品質之劣化。為減少穿過基板之X射線輻射之吸收損失，並且減少在基板中K螢光之產生，基板厚度與基板中重元素之濃度應盡可能小，同時不犧牲基板的功能性、機械強度以及耐久性。一般而言，由於基板造成之X射線輻射的吸收損失在約28 keV X射線能量下應小於約40%，且較佳小於約26%。
其他可用作DR偵測器之基板的有機或無機材料類型包括塑膠(例如聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚對荼二甲酸乙二酯、醋酸纖維素，或其他任何合適的塑膠材料或其組合)、金屬箔(例如不銹鋼、碳鋼、鋁、陽極化鋁、銅、黃銅，其他任何合適之金屬或其組合)、或其他適當材料。一般而言，在習知螢幕膠片放射線攝影裝置中，PET係已用作磷光體螢幕之基板以及乳膠片基底。此材料擁有許多優異的基礎性能，例如高的機械強度、良好的化學阻抗性、低的吸水率以及高的尺寸穩定性。而且，其比玻璃更輕更堅固。此外，在製造期間，PET膜表面可進行預處理以得到所需表面特性，例如黏結至蒸發金屬以及一系列溶劑與水性基樹脂、紫外線固化聚合物以及攝影凝膠，其可提供超過72 dynes/cm之表面能量以形成強結合。PET膜之絕緣特性導致在23℃及70%相對濕度下，超過1014 ohm/m2 之高表面電阻率。更重要的係，PET膜對X射線為可高度滲透，並產生可忽略的K螢光X射線。結果，由PET基板引起之X射線吸收與空間解析度之損失相較於玻璃基板顯著降低。
通常，DR偵測器封裝於一匣外罩中，該外罩具有一前面板(面向進入X射線輻射)與一後面板。該等面板可由X射線透射材料(例如碳纖維、塑膠，以及鋁)製成以最大化信號偵測且提供AEC感測器充分之輻射。ISO 4090：2001規格要求特定最小劑量必須可用於AEC感測器(大約0.58 mR至1.14 mR或5至10 μGy)以致能AEC操作。
圖11之表格顯示穿過匣盒之X射線透射率與所得可用於AEC感測器之X射線曝露量，該匣盒包含三個具有不同基板材料與厚度之不同的DR偵測器。此處，使用典型用於乳腺X光攝影之X射線光束(28 kVp，Mo/Mo，及4.5 cm Lucite，具有0.636 mm Al之HVL)。穿過典型匣盒之前後面板之透射率損失為大約20%。此處所考慮之三種DR偵測器為：間接DR偵測器，其具有84 um厚之Gd2 O2 S：Tb螢幕(Kodak Min－R磷光體)，間接DR偵測器，其具有150 um厚之CsI：Tl螢幕，以及直接DR偵測器，其具有75 um厚之非晶硒層。
入射在匣盒前面板上之X射線曝露量係假定為12 mR，對應於在一典型乳房中3 mGy之平均腺體劑量(MGD)。穿過Gd2 O2 S、CsI與非晶硒偵測器之X射線透射率分別為71.2%、82.6%以及81.4%。圖11顯示，對於所有情形，可用於AEC感測器之X射線曝露量符合前述ISO要求。
有益的係強調圖9中所示之配置僅係一具體實施例，許多替代性配置亦可行，只要未阻擋區域62至少實質上不含各類型電子組件(例如由結晶矽以及有助於X射線信號衰減之屏蔽形成之積體電路)，並且只要滿足腔壁存取之需求。例如，偵測器裝配件20可包括所有必需之電源、控制交換以及信號處理電路於匣外罩18內，因此不需要有纜配置。圖10說明一項此類具體實施例，其中電源供應42與序列控制器44組件係定位於匣外罩18之一部分內，位於與偵 測模組相鄰之包覆中。在此具體實施例中，添加包覆部分之匣外罩18符合習知匣盒之厚度與寬度規定，但在長度尺寸採取額外可用空間之優點，此不會顯著妨礙進行乳腺X光攝影成像之病人之定位。此空間可用於X射線布凱氏(bucky)盤部分中，其一般保留用以在曝露X射線前後插入或移除膠片匣。在匣盒中固持鎖存器介面位置240提供一凹陷區域，其能使更大的匣外罩18與經設計定位且保持標準匣尺寸的設備相容。或者，可使用一適當組態之電腦工作站或專用邏輯處理器提供電源來源或控制電子元件，從而去除電子外罩40之需要。
應注意，習知用於一般放射線攝影之DR偵測器器件不提供如參考圖7、8、9及10所述之未阻擋區域62之等同區域。在本發明中，習知DR偵測器器件阻擋X射線透射，屏蔽任何定位於閃爍體與偵測器層後面的電子組件，而非允許X射線穿過偵測器之預定義部分實質上無阻擋之透射。習知DR偵測器在許多情形下可使用既有AEC機制，其中AEC感測器114係放置在DR偵測器前面以取樣X射線曝露量，如參考圖1所述。然而，乳腺X光攝影所利用之X射線能量以及其AEC感測器之位置佈置之限制使得用於此類型成像之DR偵測器設計方法有一必要之改動，如本發明之裝置所示。
實際上，未阻擋區域62應提供對入射X射線光束之最小衰減。前面引用的ISO 4090：2001規格限定到達AEC感測器之最小曝露量為0.58至1.14 mR(5至10 μGy)。為在AEC感 測器上獲得最小曝露位準，對於產生25至35 kVp範圍的峰值千伏電壓的典型乳腺X光攝影X射線頻譜而言，用於偵測器之基板材料應吸收不大於60%之X射線。如圖11所示，使用適合的基板(例如PET或玻璃)對於獲得此效能位準很重要。放射線攝影匣108在自由場區域12上之全部吸收應不超過95%，較佳不超過90%。前面引用的ISO 4090：2001規格亦規定測量穿過自由場區域12之輻射透射率的均勻性。目前，在3.5 cm直徑內的自由場區域中，任何兩點間之輻射透射率的此均允性值不超過5%差。
閃爍體設計 為提供乳腺X光攝影所需之敏感性與解析度，必須使用適合的磷光體材料。在一具體實施例中，使用碘化銫(CsI：Tl)。在另一具體實施例中，使用氧硫化釓(Gd2 O2 S：Tb)。可替代地使用其他材料。磷光體材料可直接沈積在偵測陣列上。
光束觸發讀出 對於重調應用，需要在曝光循環之適宜時間捕獲影像，無需與既有X射線控制系統電連接。"光束觸發讀出"係一滿足此需要之被動偵測/控制系統，如前面引用之美國專利申請案第11/409,883號中所揭示。利用此光束偵測特徵與本發明之AEC相容概念，乳腺X光攝影偵測器可重調成既有乳腺X光攝影曝光系統，無需對系統電子電路進行任何修改。
已經特別參考其中特定的較佳具體實施例來詳細說明本 發明，但將會明白在本發明之範疇內可實施變更及修改。例如，用於偵測器20組件之電源可由安裝於匣外罩18內之電池提供或由外部一習知直流電源來源提供。偵測器20可替代為一直接DR系統，其不使用閃爍體與偵測器，但透過使用光導體(例如非晶硒)與具有像素電荷板之薄膜電晶體提供輻射至信號轉換。
因此，所提供的為一數位放射線攝影偵測器，其可經重調成一既有以膠片為主之乳腺X光攝影曝光系統。
10‧‧‧偵測器
12‧‧‧自由場區域
18‧‧‧匣外罩
20‧‧‧偵測器裝配件
22‧‧‧閃爍體螢幕
23‧‧‧光導體
24‧‧‧偵測模組
26‧‧‧偵測陣列
28‧‧‧行讀出電路
30‧‧‧列讀出電路
32‧‧‧讀出控制電路
40‧‧‧電子外罩
42‧‧‧電源供應
44‧‧‧序列控制
46‧‧‧天線
48‧‧‧線路
50‧‧‧電腦
52‧‧‧控制邏輯處理器
54‧‧‧高速介面
56‧‧‧影像處理子系統
60‧‧‧放射線攝影系統
62‧‧‧未阻擋區域
64‧‧‧控制迴路
66‧‧‧X射線光束
70‧‧‧X射線轉換器
74‧‧‧讀出電子元件
100‧‧‧病人
102‧‧‧支撐物
104‧‧‧X射線源
106‧‧‧X射線
108‧‧‧放射線攝影匣
110‧‧‧X射線產生器與控制器
112‧‧‧抗散射格柵
114‧‧‧自動曝光控制感測器
114'‧‧‧自動曝光控制感測器
116‧‧‧偵測器控制器
118‧‧‧主電腦
200‧‧‧DR偵測器
202‧‧‧上外罩
204‧‧‧下外罩
206‧‧‧空腔
210‧‧‧加固器
212‧‧‧閃爍體螢幕
214‧‧‧順應式泡沫部件
216‧‧‧彈性體支撐物
217‧‧‧停止凸起
218‧‧‧撓曲電路
220‧‧‧電子元件
222‧‧‧無線介面
224‧‧‧電池組
226‧‧‧隔室
228‧‧‧薄片金屬部件
230‧‧‧列驅動器電路
232‧‧‧行讀出電路
234‧‧‧讀出控制與介面電路
236‧‧‧互連
238‧‧‧屏蔽
240‧‧‧匣固持鎖存器介面位置
本發明之前述及其他目的、特徵及優點可從附圖中顯示之以上本發明具體實施例的更特定說明中瞭解。
該等圖式之元件不必相互按比例縮放。
圖1係現今X射線檢查室中典型X射線設備之示意圖。
圖2係顯示自動曝光控制所需之自由場區域的平面圖。
圖3A係顯示一偵測器裝配件之組件的方塊圖，該偵測器裝配件使用與其他成像系統組件相關聯之閃爍體螢幕。
圖3B係顯示一偵測器裝配件之組件的方塊圖，該偵測器裝配件使用與其他成像系統組件相關聯之直接輻射偵測。
圖4係一具體實施例中使用一有纜電子裝配件之偵測器之透視圖。
圖5係根據一具體實施例之數位乳腺X光攝影偵測器之斷面圖。
圖6係顯示該偵測陣列之數位乳腺X光攝影偵測器之平面圖。
圖7係自相對X射線管之側面顯示有纜DR偵測器之平面圖。
圖8係顯示在一具體實施例中，使用一有纜DR偵測器配置之曝光控制迴路的方塊圖。
圖9係自相對X射線管側面顯示DR偵測器之匣裝配件中組件佈局之平面圖。
圖10係自相對X射線管側面顯示具有附接電子裝配件之第二具體實施例的組件佈局平面圖。
圖11係顯示各種基板與閃爍磷光體類型之X射線透射特性的表格。
26‧‧‧偵測陣列
200‧‧‧DR偵測器
202‧‧‧上外罩
204‧‧‧下外罩
206‧‧‧空腔
210‧‧‧加固器
212‧‧‧閃爍體螢幕
214‧‧‧順應式泡沫部件
216‧‧‧彈性體支撐物
217‧‧‧停止凸起
218‧‧‧撓曲電路
220‧‧‧電子元件
222‧‧‧無線介面
224‧‧‧電池組
226‧‧‧隔室
228‧‧‧薄片金屬構件
238‧‧‧屏蔽

Claims (18)

  1. 一種數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一第一外罩，其實質上具有一膠片匣之一形狀因數，並具有一腔壁邊緣，該第一外罩包括：(i)一X射線轉換器，其與一偵測陣列耦合，其中在該偵測陣列中之每一偵測器根據所接收之一輻射量產生一信號；(ii)讀出電子元件，其與該偵測陣列中之交換元件耦合以獲得來自該偵測陣列中之信號，其中該等讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件，且其中該等讀出電子元件係朝該第一外罩之外部邊緣並且遠離該第一外罩之該腔壁邊緣分佈；(iii)X射線屏蔽，其選擇性保護該等讀出電子元件，並位在該X射線轉換器及偵測陣列之一部分下方，該屏蔽定義允許輻射通過超出該外罩之一區域；以及b)一第二外罩，其係電性連接至該第一外罩，且包括：(i)一電源來源，其用於該等偵測及交換元件陣列；以及(ii)控制電子元件，其用於獲得自該第一外罩中之該等讀出元件提供之信號。
  2. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該第二外罩進一步包括無線傳送組件。
  3. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該偵測陣列係在一玻璃基板上形成。
  4. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該偵測陣列係在一塑膠基板上形成。
  5. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該偵測陣列係在一撓性基板上形成。
  6. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該第一外罩具有一未屏蔽部分，該未屏蔽部分對應於用於自動曝光控制之一自由場區域。
  7. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該X射線轉換器包括與該偵測陣列光耦合之一閃爍體螢幕，其中該偵測陣列包括複數個光感測器，且其中每一光感測器根據所接收之一光數量產生一信號。
  8. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中該X射線轉換器包括一光導體，其係電耦合至該偵測陣列，其中該偵測陣列包括複數個偵測器，且其中每一偵測器根據所接收之一X射線輻射量產生一信號。
  9. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中在未受到該X射線屏蔽保護的區域上方，對於產生具有25至35kVp範圍的一峰值千伏電壓的X射線頻譜而言，X射線之吸收不超過90%。
  10. 如請求項1之數位放射線攝影偵測器，其中對於產生具有25至35kVp範圍的一峰值千伏電壓的X射線頻譜而言，沈積有該偵測陣列之該基板吸收不超過60%的X射 線。
  11. 一種數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一第一外罩，其包括：(i)一閃爍體螢幕，其發射與所接收X射線輻射成正比之光線；(ii)一偵測陣列，其與該閃爍體螢幕光耦合，其中該偵測陣列包括複數個光感測器，其中每一光感測器根據所接收之一光數量產生一信號；(iii)讀出電子元件，其透過該偵測陣列中之交換元件與該複數個光感測器耦合，以獲得來自該偵測陣列之該等信號，其中該讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件；(iv)X射線屏蔽，其選擇性保護該等讀出電子元件，且位於該閃爍體與偵測陣列之一部分下方，該屏蔽定義允許輻射通過超出該外罩之一區域；其中該第一外罩實質上具有一膠片匣之一形狀因數，並具有一腔壁邊緣，且其中該等讀出電子元件係朝該第一外罩之外部邊緣並且遠離該第一外罩之該腔壁邊緣分佈；以及b)一第二外罩，其係電性連接至該第一外罩，且包括：(i)一電源來源，其用於偵測及交換元件陣列；以及(ii)控制電子元件，其用於獲得自該第一外罩中之 該讀出電子元件提供之信號。
  12. 如請求項11之數位放射線攝影偵測器，其中該閃爍體螢幕包括碘化銫(CsI：Tl)。
  13. 如請求項11之數位放射線攝影偵測器，其中該閃爍體螢幕包括氧硫化釓(Gd2 O2 S：Tb)。
  14. 一種數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一第一外罩，其包括：(i)一光導體，其產生與所接收X射線輻射成正比之一電荷信號；(ii)一偵測陣列，其包括複數個偵測器，其中每一偵測器提供與所接收X射線輻射成正比之一輸出信號且與一交換元件耦合；(iii)讀出電子元件，其與該偵測陣列中之該複數個交換元件耦合，以獲得來自該偵測陣列之該等輸出信號，其中該讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件；(iv)X射線屏蔽，其選擇性保護該等讀出電子元件，且位於該偵測陣列之一部分下方，該屏蔽定義允許輻射通過超出該外罩之一區域；其中該第一外罩實質上具有一膠片匣之一形狀因數，並具有一腔壁邊緣，且其中該等讀出電子元件係朝第一外罩之外部邊緣並且遠離該第一外罩之該腔壁邊緣分佈；以及b)一第二外罩，其係電性連接至該第一外罩，且包 括：(i)一電源來源，其用於該偵測及交換元件陣列；以及(ii)控制電子元件，其用於獲得自該第一外罩中之該讀出電子元件提供之信號。
  15. 一種用於乳腺X光攝影之數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一外罩，其具有符合乳腺X光攝影膠片匣之一形狀因數；b)一二維偵測陣列，其與該外罩內之一X射線轉換器耦合，其中該偵測陣列中之每一偵測元件包括一薄膜組件，該薄膜組件根據所接收之輻射產生一信號；c)系統電子元件，其透過該偵測陣列中之交換元件與偵測元件連接，且包括由結晶矽形成之組件；以及d)X射線屏蔽，其位於該等系統電子元件上且定義允許輻射通過超出該外罩之一區域，其中該區域實質上未被系統電子組件阻擋，以允許藉由一自動曝光控制感測器獲得一部分輻射。
  16. 一種數位放射線攝影偵測器，其包括：a)一外罩，其實質上具有一膠片匣之一形狀因數，並且具有一腔壁邊緣；b)一X射線轉換器，其在該外罩內與一偵測陣列耦合，其中該偵測陣列中之每一偵測元件根據所接收之一輻射量產生一信號； c)讀出電子元件，其透過該偵測陣列中之交換元件與偵測元件耦合以獲得來自該偵測陣列之信號，其中該等讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件，且其中該等讀出電子元件係在相對於一可成像區域之周邊並且遠離該外罩之一腔壁邊緣分佈；以及d)X射線屏蔽，其選擇性保護該等讀出電子元件，該屏蔽定義允許輻射通過超出該外罩之一區域。
  17. 如請求項16之數位放射線攝影偵測器，其中該外罩實質上具有二維上一膠片匣之形狀因數，且在第三維上包含延伸部分，其致能該偵測器在該病人附近的可接受定位，同時提供額外空間給電子元件以及與既有X射線曝光設備之匣固持特徵的相容性。
  18. 一種放射線攝影成像系統，其包括：a)一X射線源；b)一曝光控制裝置，其包括一位於自該X射線源之該輻射路徑中的感測器以及一X射線控制器；以及c)一數位放射線攝影偵測器，其插在該X射線源與該曝光控制裝置之該感測器之間，其中該數位放射線攝影偵測器包括：(i)一第一外罩，其包括一X射線轉換器，該X射線轉換器與一偵測陣列耦合，其中該偵測陣列中之每一偵測器根據所接收之一輻射量產生一像素信號，並與一交換元件耦合；(ii)讀出電子元件，其位於第一外罩中且與該偵測 陣列中之交換元件耦合以獲得來自其中之該等像素信號，其中該等讀出電子元件包括由結晶矽形成之元件，且其中該等讀出電子元件係朝該第一外罩之外部邊緣並且遠離該第一外罩之一腔壁邊緣分佈；(iii)X射線屏蔽，其選擇性保護該等讀出電子元件，且位於該X射線轉換器之一部分下方，該屏蔽定義允許輻射通過超出該外罩之一區域；以及(iv)一第二外罩，其係電性連接至該第一外罩，且包括用於該偵測及交換元件陣列之一電源來源以及用於獲得由該第一外罩中的該等讀出電子元件提供之信號的控制電子元件。
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