CN104508514A

CN104508514A - 具有弹性体反向散射防护的数字x射线检测器组件

Info

Publication number: CN104508514A
Application number: CN201380042009.2A
Authority: CN
Inventors: N.R.孔克尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2015-04-08
Also published as: US20140042331A1; US8680475B2; WO2014025543A1; JP6560615B2; JP2015532711A; EP2883086B1; EP2883086A1

Abstract

提供了便携式数字X射线检测器。一个X射线检测器包括外组件和设置在外组件内的检测器组件。检测器组件包括具有将射线照相能量转换成光的闪烁器的成像仪，以及具有检测来自闪烁器的光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列。检测器组件还包括电子电路，其安装在至少一个印刷电路板上，并且适于在数据采集和读出期间控制成像仪的操作。此外，弹性体组件设置在成像仪与电子电路之间，并且弹性体组件构造成吸收反向散射的X射线，该反向散射的X射线穿过成像仪，或者在X射线曝光期间偏离外组件的一部分。

Description

具有弹性体反向散射防护的数字X射线检测器组件

技术领域

本文中公开的主题大体上涉及数字成像***，并且更具体地涉及用于此类***中的便携式数字X射线检测器的组件。

背景技术

各种设计的一定数量的辐射成像***是已知的，并且目前在使用。此类***大体上基于生成朝感兴趣的受验者引导的X射线。X射线横穿受验者，并且冲击膜或数字检测器。例如，在医疗诊断的背景下，此类***可用于使内部组织可视化和诊断患者的疾病。在其它背景下，零件、行李、包裹和其它受验物可尤其出于多种目的成像，以便评估它们的内容物。

此类X射线***逐渐使用数字电路，如固态检测器，用于检测X射线，其由受验物的介入结构衰减、散射或吸收。固态检测器可生成指示接收到的X射线的强度的电信号。这些信号继而可获取和处理成重建感兴趣的受验物的图像。

数字X射线检测器的常规构造可导致相对重且厚的数字X射线检测器，以部分地保护可高度易受通过物理撞击或冲击的损坏的易碎构件。典型地，数字X射线检测器还包括相对坚硬的封壳，其刚性地附接于内部构件。然而，随着数字X射线成像***变得日益普遍，数字X射线检测器变得更便携，用于更多多功能性。随着便携式数字X射线检测器的到来，需要保持常规检测器的成像能力的更轻、更薄、更小的检测器。令人遗憾的是，构建经济上合乎需要、几何形状上薄且质量轻的便携式X射线检测器可存在与热管理、冲击吸收和反向散射X射线吸收相关联的独特挑战。因此，存在对解决这些缺陷的改进的X射线检测器组件的需要。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种便携式数字X射线检测器。X射线检测器包括外组件和设置在外组件内的检测器组件。检测器组件包括具有将射线照相能量转换成光的闪烁器的成像仪，以及具有检测来自闪烁器的光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列。检测器组件还包括电子电路，其安装在至少一个印刷电路板上，并且适于在数据采集和读出期间控制成像仪的操作。此外，弹性体组件设置在成像仪与电子电路之间，并且弹性体组件构造成吸收穿过成像仪或在X射线曝光期间偏离外组件的一部分的反向散射的X射线。

在另一个实施例中，提供了一种制造便携式X射线检测器的方法。该方法包括提供外组件和将成像仪设置在外组件中。成像仪包括将射线照相能量转换成光的闪烁器，以及具有检测来自闪烁器的光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列。该方法还包括提供电子电路，其安装在至少一个印刷电路板上，并且适于在数据采集和读出期间控制成像仪的操作。此外，该方法还包括将弹性体组件设置在成像仪与电子电路之间。弹性体组件构造成吸收穿过成像仪或在X射线曝光期间偏离外组件的一部分的反向散射的X射线。

在另一个实施例中，一种便携式数字X射线检测器包括外组件和设置在外组件内的检测器组件。检测器组件包括具有将射线照相能量转换成光的闪烁器的成像仪，以及具有检测来自闪烁器的光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列。电子电路安装在至少一个印刷电路板上，并且适于在数据采集和读出期间控制成像仪的操作。此外，弹性体组件设置在成像仪与电子电路之间，并且弹性体组件构造成吸收穿过成像仪或在X射线曝光期间偏离外组件的一部分的反向散射的X射线。

附图说明

当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中：

图1为根据当前公开的实施例的数字X射线成像***的图解概略视图；

图2为根据一个实施例的图1的数字X射线成像***的透视图；

图3为根据实施例的可用于图1的数字X射线成像***中的便携式数字X射线检测器的正视透视图；以及

图4为根据实施例的图3的便携式X射线检测器的截面视图。

具体实施方式

如下文详细描述的，本文提供了具有设置在其中的弹性体组件的便携式数字X射线检测器的实施例。在某些实施例中，弹性体组件可设置在成像仪与电子板之间用于吸收反向散射的X射线，因此减小或消除了电子装置不合乎需要地成像的可能性。即，在某些实施例中，包括弹性体组件可提供穿过成像仪的一部分而未转换成光能的X射线，以及偏离便携式X射线检测器的外壳的X射线的吸收。此外，弹性体组件还可提供施加于X射线检测器的外壳的冲击的吸收。因此，在某些实施例中，弹性体组件可包括具有X射线阻挡性质的至少一种金属和具有弹性性质的至少一种聚合物。金属和聚合物可以以多种适合的方式组合在弹性体组件中。例如，在一个实施例中，金属(或多种金属)可以以粉末形式提供，并且粉末金属可结合到共聚物基质中以提供弹性体组件。

前述特征可提供优于并未将弹性体组件结合到便携式数字X射线检测器中的常规***的一个或更多个优点。例如，在一些实施例中，包括弹性体组件，以及其定位在成像仪与电子装置之间，可使便携式X射线检测器能够在几何上细且具有低质量，同时仍提供冲击隔离和反向散射吸收能力。此外，在一些实施例中，弹性体组件可使用除铅之外的金属，因此提供了X射线阻挡，而不使用铅，并且减小或消除了X射线检测器组件中的铅的需要。更进一步，在某些实施例中，可包括散热器，用于沿便携式X射线检测器组件的宽度传播热。

现在回到附图，图1图解地示出了用于采集和处理离散的像素成像数据的成像***10。在所示实施例中，成像***10为数字X射线***，其设计成既采集原始图像数据，又处理图像数据用于根据本技术显示。在图1中所示的实施例中，成像***10包括定位在准直仪14附近的X射线辐射源12。准直仪14容许辐射流16进入物体或受验者如患者18所定位的区域中。辐射20的一部分穿过或围绕受验者，并且冲击大体上以附图标记22表示的数字X射线检测器。如本领域技术人员将认识到的，检测器22可将其表面上的X射线光子入射转换成低能光子，并且随后转换成电信号，该电信号采集和处理成重建受验者内的特征的图像。

此外，在某些实施例中，如下文更详细论述的，检测器22可为便携式数字X射线检测器。如本领域技术人员认识到的，在一些情况下，与便携式数字X射线检测器相关联的设计考虑可不同于与固定***相关联的检测器的那些。例如，相比于固定检测器，包装参数如热管理和冲击隔离，以及检测器组件的资金成本、几何大小和总体质量可在便携式检测器的设计中具有增加的考虑。再例如，由于便携式X射线检测器设计用于相比于固定X射线检测器的、至使用位置和在使用位置之间两者的增加量的移动，故诸如总体质量和吸收冲击的能力的因素可具有提高的重要性。即，尺寸和质量的期望减小尤其可导致不同的设计考虑。

如下文更详细描述的，在一些实施例中，检测器22可为具有设置在其中的弹性体组件的便携式数字X射线检测器。弹性体组件可定位在组件的成像仪部分与用于吸收反向散射的X射线和/或吸收冲击的电子板之间。因此，在某些实施例中，弹性体组件可包括具有X射线阻挡性质的至少一种金属和具有弹性性质的至少一种聚合物，并且金属和聚合物可以以任何期望的方式组合来产生弹性体组件。下文更详细论述本文中提供的便携式数字X射线检测器实施例的这些及其它的特征。

在图1中所示的实施例中，辐射源12由电源/控制电路24控制，电源/控制电路24供应功率和用于检查顺序的控制信号两者。此外，检测器22通信地联接于检测器控制器26，检测器控制器26命令采集检测器22中生成的信号。在一些实施例(如其中检测器22为便携的并且构造用于与多种***一起使用的实施例)中，检测器22可经由适合的无线通信标准与检测器控制器26通信。然而，将注意的是，还构想出通过线缆或一些其它有线连接与检测器控制器26联接的检测器22的使用。检测器控制器26可执行各种信号处理和滤波功能，如，用于动态范围的初始调整、数字图像数据的交叉等。

电源/控制电路24和检测器控制器26两者响应于来自***控制器28的信号。大体上，***控制器28命令成像***10的操作，以执行检查协议和处理采集的图像数据。在本背景下，***控制器28还包括信号处理电路，其典型地基于编程的通用或专用数字计算机；以及相关联的制品，如，光存储器装置、磁存储器装置或固态存储器装置，用于储存由计算机的处理器执行的程序和例行程序以执行各种功能，以及用于储存配置参数和图像数据、接口电路等。在一个实施例中，通用或专用计算机***可设有硬件、电路、固件和/或软件用于执行归因于如本文所述的电源/控制电路24、检测器控制器26和/或***控制器28中的一个或更多个的功能。

在图1中所示的实施例中，***控制器28联结于至少一个输出装置，如显示器或打印机，如以附图标记30指示的。输出装置可包括标准或专用计算机监测器和相关联的处理电路。一个或更多个操作者工作站32可进一步联结在***中用于输出***参数、请求检查、查看图像等。大体上，供应在***内的显示器、打印机、工作站和类似的装置可对于数据采集构件为本地的，或者可远离这些构件，如，在机构或医院内的别处，或在完全不同的地方，它们经由一个或更多个可配置的网络(如，因特网、虚拟专用网络等)联结于图像采集***。

经由又一个实例，根据一个实施例，成像***34的透视图在图2中提供。成像***34包括顶上的管支承臂38，用于相对于患者18和检测器22来定位辐射源12，如X射线管。还注意的是，除辐射源12之外，成像***34还可包括上文关于图1所述的其它构件中的任一个或所有，如，***控制器28。

此外，在一个实施例中，成像***34可与患者台44和壁架48中的一个或两者一起使用以便于图像采集。具体而言，台44和壁架48可构造成接收一个或更多个数字检测器22。例如，数字检测器22可置于台44的上表面上，并且患者18(更具体而言，患者18的感兴趣的组织结构)可在检测器22与辐射源12之间定位在台44上。在一些其它情况中，检测器22可定位在台44的上表面和患者18下方的槽口46中，或者辐射源12和检测器22可围绕患者18水平地定位用于横跨台成像。此外，壁架48可包括还适于接收数字检测器22的接收结构50，并且患者18可定位在壁架48附近，以使图像数据能够经由数字检测器22采集。

在一个实施例中，成像***34可为设置在固定X射线成像室中的静止***，如，大体上在图2中绘出且上文关于图2所述的。然而，将认识到的是，当前公开的技术还可与其它实施例中的其它成像***(包括活动式X射线单元和***)一起使用。例如，在其它实施例中，活动式X射线单元可移动到患者恢复室、急救室、手术室等，以实现患者成像，而不需要将患者运送到专门的(即，固定的)X射线成像室。此外，如上文提到的，X射线检测器22可为构造用于与活动或固定***两者一起使用的便携式数字X射线检测器。即，在某些实施例中，成像***34可为固定的，但检测器22可仍为便携的，并且构造用于与多种固定成像***一起使用。实际上，检测器22可为便携的，并且仍构造用于与固定或活动成像***一起使用。

图3中提供了适用于在前述成像***中使用的平面板便携式数字X射线检测器22的实施例的透视图。所示的便携式数字X射线检测器22包括用于响应于入射X射线的接收生成电信号的检测器子***。根据某些实施例，外组件52提供包绕检测器面板组件的外壳，以便提供围绕检测器构件的隔层，从而提供直接经历外部负载或冲击的外部。此外，如下文进一步详细论述的，检测器22还可包括冲击吸收结构，如，弹性体组件，以部分地或完全地保护外组件52内的内部构件。此外，将注意的是，冲击吸收结构还可用于其它目的，并且提供组件内的附加功能性。例如，在一个实施例中，弹性体组件可提供冲击吸收以及反向散射防护两者。

在一个实施例中，外组件52可为单件连续的结构，并且可大致没有任何间断。例如，单件外组件52可为呈套筒状构造的4至5侧的结构，其具有至少一个开口以允许检测器面板组件的***。所示的外组件52包括前侧54以接收X射线辐射56。将注意的是，单件套筒的单个侧或边缘可为平的、圆的、弯曲的、成轮廓的，或其它形状，以改进检测器的耐久性和易用性。

作为备选，在其它实施例中，外组件52可为多件组件。外组件52可由材料如金属、金属合金、塑料、复合材料或以上的组合形成。在某些实施例中，材料具有低X射线衰减特性。在一个实施例中，外组件52可由轻质耐用复合材料形成，如，碳纤维增强塑料材料、与泡沫芯组合的碳增强塑料材料，或石墨纤维环氧复合物。一些实施例可包括具有带设置在其中的传导元素的非传导基质的一种或更多种材料成分，并且可提供电磁干扰防护来保护检测器22的内部构件免受外部电子噪音。此外，外组件52可设计为大致刚性的，其中，在经受外部负载时偏转最小。

在某些实施例中，端盖58可设在外封壳60的一端处以形成外组件52。将注意的是，端盖58可由抗冲击能量吸收材料形成，如，尼龙、聚乙烯、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、迭尔林或聚碳酸酯。UHMW聚乙烯为线性聚合物，其具有大体上在大约3,100,000至大约6,000,000的范围中的分子量。此外，手柄62可机械地联接于外组件52，以便于检测器22的便携性。该手柄62可为附接于外组件52的单独构件。另外，将注意的是，手柄62可由抗冲击的能量吸收材料如高分子量聚乙烯形成。

手柄62继而可包括便于由技术人员或其它使用者操纵检测器22的各种特征。在一些实施例中，如，在图3中所描绘，手柄62可包括一个或更多个抓握部，但注意的是，其它特征如允许使用者更容易抓握检测器22的轮廓还可或替代地包括在其它实施例中。此外，尽管图3的实施例中绘出的检测器22包括给予检测器22便携性的手柄62，但在其它实施例中，检测器22的其它特征可在组装时赋予便携性。实际上，当前构想的便携式X射线检测器经受多种实施特有的变化，并且不限于如所示构造的那些。所示的检测器仅为适合的便携式X射线检测器的实例，弹性体组件可设置在该便携式X射线检测器内。

如所示，检测器22可构造成没有固定系绳或线缆。作为备选，检测器22可连接于系绳，该系绳用于在使用中时将检测器读出电子装置连接于扫描仪的数据采集***。在未使用时，检测器22可容易地与系绳脱离，并且远离成像***储存，或者运送至另一个位置用于在另一个成像***中使用。就此而言，检测器22可运送来往返于远离彼此的多个扫描站。这对于急救室和其它病员设施是特别有利的。

图4为图3的便携式X射线检测器22的局部截面视图，示出了检测器22的适合的内部组成的实例。如所示，所示的实施例包括封壳64，其可为外组件52的一部分，以及X射线可通过其进入组件22中的X射线窗口66。组件22还包括隔离泡沫68、成像仪70、弹性体组件72、散热器74、电子电路76、柔性电子装置78，以及可为外组件52的一部分的后封壳80。

在操作期间，检测器组件22接收穿过或围绕受验者如患者来冲击检测器22的辐射。设在检测器22中的构件接着协作来将其表面上的X射线光子入射转换成低能光子，并且随后转换成电信号，该电信号采集和处理成重建受验者内的特征的图像。为此，成像仪70可包括闪烁器，其将射线照相能量转换成光，并且发出与接收的X射线的量和能量成比例的光。此外，光发射可在闪烁器的区域中较高，其中接收到更多X射线，或者X射线的能量水平较高。由于成像的受验者的组成将使由X射线源投射的X射线衰减，故可实现横跨闪烁器层的不一致的量的光发射，并且光发射中的该变化可用于获取受验者的重建图像中的对比。

成像仪70还可包括检测由闪烁器产生的光的检测器阵列。在某些实施例中，检测器阵列可包括多个检测器元件，其均对应于成像的受验者的重建图像中的像素。各个检测器元件可包括感光区域和电子装置区域，并且电子装置区域中的电容器可联接于读出电子装置，该读出电子装置使检测器元件的电输出能够传输至其它***构件，以便于下游的图像重建过程。大体上，细且易碎的玻璃基底支承检测器元件的晶体管。

此外，组件22中的电子电路76大体上提供成在数据采集和读出期间控制成像仪70的操作。为此，电子电路76可包括安装在一个或更多个印刷电路板(PCB)上的一个或更多个电子构件。例如，电路76可包括用于监测和诊断的发光二极管(LED)、温度传感器、加速度计支承电子装置、一个或更多个数据储存装置、无线传输电子装置、能量储存装置等。

如图4中所示，弹性体组件72设在成像仪70与支承部件81之间，并且在操作期间，弹性体组件72可提供多种功能性。例如，弹性体组件72可吸收冲击，并且在成像仪70与电子电路76之间分配静负载。此外，弹性体组件72还可减少或消除反向散射的X射线的检测。即，弹性体组件72可吸收穿过成像仪70或偏离外组件52的一部分的反向散射的X射线。前述特征可减少或消除电子电路76成像的可能性。更进一步，弹性体组件72可将可为热敏的成像仪70与电子电路76热隔离，电子电路76可在操作期间散热。将注意的是，通过提供具有这些多种功能性的单个组件，即，弹性体组件72，便携式X射线检测器22的某些实施例的总体大小、质量和资金成本可相比于常规设计降低。此外，还将注意的是，支承部件81和电子电路76可在一些实施例中为相同构件。

前述功能性可由弹性体组件72的多种适合的结构布置来支持。在一个实施例中，弹性体组件72包括具有X射线阻挡性质的至少一种金属和具有弹性性质的至少一种聚合物。在组合时，金属(或多种金属)和聚合物(或多种聚合物)提供了两种类型的材料的益处。在某些实施例中，弹性体组件72的金属成分可包括锑、铋、硫酸钡、钨、它们的组合，或任何其它适合的X射线阻挡金属。此外，在一些实施例中，组件72的金属成分可不包括铅。此外，弹性体组件72的聚合物成分可包括乙烯乙酸乙烯(EVA)，或任何其它适合的聚合物。

此外，弹性体组件72的金属成分和聚合物成分可以以任何适合的方式组合。例如，在一个实施例中，金属成分可以以粉末形式提供，聚合物成分可提供为共聚物基质，并且弹性体组件72可通过以粉末填充共聚物基质来形成。又例如，在一个实施例中，弹性体组件72可为能够从Lite Tech, Inc.获得的Xenolite TB，其具有小于大约6kg/平方米的重量，并且通过将铋和锑结合到EVA共聚物基质中来形成。

此外，如图4中所示，散热器74可以可选地设在弹性体组件72与电子电路76之间，这取决于实施特有的考虑。在其中提供了散热器74的实施例中，散热器74在操作期间沿外组件52的宽度传播热。然而，散热器74可构造成不朝电子电路76传播热。散热器74可包括便于沿期望方向(即，沿平面中的方向)传播热的材料，如石墨。在一些实施例中，散热器74可包括由GrafTech制造的材料，如eGRAF。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或***并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims

1. 一种便携式数字X射线检测器，包括：

外组件；以及

设置在所述外组件内的检测器组件，所述检测器组件包括：

成像仪，其包括构造成将射线照相能量转换成光的闪烁器和包括构造成检测来自所述闪烁器的所述光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列；

电子电路，其安装在至少一个印刷电路板上，并且构造成在数据采集和读出期间控制所述成像仪的操作；以及

弹性体组件，其设置在所述成像仪与所述电子电路之间，并且包括具有X射线阻挡性质的至少一种金属和具有弹性性质的至少一种聚合物，其中所述弹性体组件构造成吸收穿过所述成像仪或在X射线曝光期间偏离所述外组件的一部分的反向散射的X射线。

2. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件包括无***性体组件。

3. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件的所述至少一种金属包括锑、铋、硫酸钡、钨或它们的组合。

4. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件的所述至少一种聚合物包括乙烯乙酸乙烯(EVA)共聚物基质。

5. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件包括铋、锑和乙烯乙酸乙烯(EVA)共聚物基质。

6. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述检测器组件包括设置在所述弹性体组件与所述电子电路之间的散热器，所述散热器构造成沿所述外组件的宽度传播热。

7. 根据权利要求6所述的检测器，其特征在于，所述散热器包括石墨。

8. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件构造成使所述成像仪与所述电子电路热隔离。

9. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件构造成吸收施加于所述外组件的冲击。

10. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件的所述至少一种金属包括粉末，所述至少一种聚合物包括共聚物基质，并且所述弹性体组件包括填充有所述粉末的所述共聚物基质。

11. 根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件具有小于大约6kg/平方米的重量。

12. 一种制造便携式X射线检测器的方法，包括：

提供外组件；

将成像仪设置在所述外组件中，其中所述成像仪包括构造成将射线照相能量转换成光的闪烁器和包括构造成检测来自所述闪烁器的所述光的一个或更多个检测器元件的检测器阵列；

提供电子电路，其安装在至少一个印刷电路板上，并且构造成在数据采集和读出期间控制所述成像仪的操作；以及

将弹性体组件设置在所述成像仪与所述电子电路之间，所述弹性体组件构造成吸收穿过所述成像仪或在X射线曝光期间偏离所述外组件的一部分的反向散射的X射线。

13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供所述弹性体组件包括使具有X射线阻挡性质的至少一种金属与具有弹性性质的至少一种聚合物结合。

14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供所述弹性体组件包括将呈粉末形式的所述至少一种金属结合到呈共聚物基质形式的所述至少一种聚合物中。

15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供所述弹性体组件包括将铋和锑结合到乙烯乙酸乙烯(EVA)共聚物基质中。

16. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括将散热材料设置在所述弹性体组件与所述电子电路之间。

17. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述电子电路附近提供支承部件。

18. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述电子电路附近提供碳纤维支承部件。

19. 一种便携式数字X射线检测器，包括：

外组件；以及

检测器组件，其设置在所述外组件内并且包括：

弹性体组件，其设置在所述成像仪与所述电子电路之间，构造成吸收穿过所述成像仪或在X射线曝光期间偏离所述外组件的一部分的反向散射的X射线。

20. 根据权利要求19所述的检测器，其特征在于，所述弹性体组件包括具有X射线阻挡性质的至少一种金属和具有弹性性质的至少一种聚合物。

21. 根据权利要求19所述的检测器，其特征在于，所述检测器组件包括设置在所述弹性体组件与所述电子电路之间的散热器，并且所述散热器构造成沿所述外组件的宽度传播热。