SE503350C2 - Förfarande för utsträckande av den fysiska längden för en rektangulär röntgenstrålningsdetektor - Google Patents

Description

503 350 2 ses som ett "virtuellt fokus" som förflyttas under exponeringen, kan det visas att endast på förhand fastställda skikt i objektet avbildas skarpt. För att bringa detta skarpa skikt att över- ensstämma med tandbàgarna och för att kompensera för förstorings- variationer i de vertikala och horisontella dimensionerna krävs en ganska komplex rörelsesekvens där den vertikalt orienterade rotationsaxeln 7 inte är fast inom patientens huvud utan kommer att röra sig längs en kontinuerlig väg i horisontalplanet ungefärligen parallellt med ocklusionsplanet i enlighet med fig. 2.

En bra referens för en populär teknisk beskrivning av konventionell panoramaradiografi finns i kapitlet 2 “Theory of Rotational Panoramic Radiography", av Olaf Langland, Doss McDavid, Angelo DelBalso i andra utgåvan av “Panoramio radiology" tryckt av Lea & Febinger, Philadelphia 1989.

Den traditionella metoden kan ses, som indikerat i fig. 3 och 4, som en metod att addera ett oändligt antal avbildningar, var och en av dessa med oändligt låg exponering, med storlek motsvarande spal- ten direkt på det analoga filmmediet samtidigt som filmen för- flyttas förbi spalten som beskrivet ovan. Metoden skulle emellertid fungera motsvarande bra med användning av ett stort men ändligt antal diskreta steg både i röntgenkälle/spaltaggregatets rörelse och i filmförflyttningen.

Det är uppenbart att den beskrivna metoden kunde modifieras att använda till exempel halvledardetektorer som ersätter filmen. Tre exempel pà relevanta patent är US-A-4 878 234, 4 823 369 och 5 018 177.

Det första patentdokumentet US-A-4 878 234 behandlar ett förfarande och en apparat för att använda en eller flera CCD-detektorer (Charge Coupled Device) för både detektion av avbildningsin- formation och för simulering av filmrörelsen direkt i avbildnings- omrádet genom, sedan den redan tidiga utvecklingen av CCD-anord- 503 350 3 ningar, det väl kända förfarandet benämnt TDI (Time Delayed Integration), i vilket de individuella bildpunkternas laddningar kan förflyttas för att simulera filmförflyttning genom detektorns klockningssekvens. Detta förfarande har samma begränsningar som filmförfarandet avseende det nödvändiga komplexa rörelsemönstret för att justera den horisontella förstoringen och för att faststäl- la läget för det skarpa skiktet. En uppenbar nackdel är att läget för detta skikt máste pà förhand fastställas, före exponeringen.

Bilderna digitaliseras under exponeringssekvensen och presenteras omedelbart därefter pá en videomonitor.

Den andra patentpublikationen US-A-4 823 369 behandlar ett förfarande och en apparat för att fånga ett stort antal över- lappande bilder med användning av en halvledaravbildningsdetektor med en dimension motsvarande den ovan beskrivna spalten med efterbearbetning i realtid av bilderna genom addering av bild- punkter näraliggande varandra för att skapa färre kolumner med bilddata för att minska mängden av data. Var och en av de resulte- rande kombinerade kolumnerna skulle=motsvara ett utläsningsregister för en detektor som beskrivs i det föregående US-A-4 878 234 eller en ordinär bildkolumn med reducerad rumslig upplösning. Bilddata fràn uppsättningen kolumner efter efterbearbetning lagras i sepa- rata minnesplatser i ett stort bildminne. En rekonstruktion av panoramabilder utförs efter avslutande av exponeringen genom addering av bilderna lagrade i minnet till ett annat minne, nàgot lägesmässigt förskjutna i förhållande till varandra, tills en eller flera resulterande bilder med en storlek motsvarande ungefär 12,5 x 30 cm har totalt täckts med användning av ett stort antal mindre bilder.

Detta förfarande minskar den rumsliga upplösningen eller begränsar den efterföljande rekonstruktionen till ett begränsat antal på förhand fastställda skikt beroende av hur mànga grupper bilddatako- lumner som skapas under datareduktionen. 503 350 4 Det skall noteras att i bådaiovan visade patentdokumenten finns inkluderat en sekundär bländare som ett nödvändigt krav i alla oberoende patentkrav. En sekundär bländare skulle emellertid vara fullständigt överflödig när en film med stor yta ersätts med en detektor som endast tar upp strålning som faller inom det känsliga områdets gränser. -ï_ Det tredje dokumentet US-A-5 018 177 visar ett förfarande och en apparat för att, bland andra möjliga projektioner, alstra panorama- röntgenbilder med användning av en enda vertikalt orienterad linjedetektor bestående av ett antal bildpunktsdetektorer. Detta dokument behandlar huvudsakligen idén att uppdela den fullständiga på förhand fastställda avsökningsperioden i en serie tidsintervall som är en funktion av tiden som förflutit i den totala avsöknings- perioden. Signalen skapad av strålning i detektorn integreras under varje tidsintervall. Vid slutet av varje tidsintervall omvandlas den analoga signalen från detektorn till digitala data. Med hjälp av databearbetning alstras en fullständig tvådimensionell röntgen- bild ur uppsättningen av kolumndata från detektorn. Presentationen behandlar också ett sätt att beräkna de beskrivna tidsintervallen ur en given projektionsgeometri och ett givet avsökningstidsin- tervall för att erhålla en panoramaröntgenbild.

Alltså är en vanlig metod för avbildning av stora föremål att avsöka över föremålet med användning av en linjär sensor, till exempel en diodgrupp eller en smal tvådimensionell sensor, till exempel en CCD eller någon annan tvådimensionell bildpunktsgrupp.

Eftersom sensorns längd begränsas till ungefär 5 - 8 cm av substratstorleken och bearbetningsmöjligheterna, begränsas också avsökningsbredden med användning av en enkel sensor.

Lösningen för bredare föremål är att antingen avsöka i två dimen- sioner eller att öka avsökningsbredden genom montering av ett antal sensorer i rad. Tvådimensionell avsökning komplicerar mekaniken och tenderar också att för många tillämpningar ta alldeles för lång tid. 503 350 5 De allmänt tillgängliga sensorerna idag är rektangulärt eller kvadratiskt utformade. När man monterar flera rektangulära eller kvadratiska sensorer i rad kommer man att förlora data vid gränsomràdet mellan de individuella sensorerna. Den aktiva arean kan inte utsträckas hela vägen till kanten av skivan eftersom utrymme behövs för elektriska anslutningsbussar och halvledarens egenskaper inte är ideella nära en kapningskant (Fig. 7). Visst utrymme behövs också mellan skivorna för inriktning av bild- punkterna. Förlusten av känslig bredd är i allmänhet omkring 100 - 200 um.

Därför finns det ett behov av ett förfarande och en anordning som möjliggör bildandet av en lång rektangulär detektor bestående av ett flertal sensorer i rad med en minimal förlust av data vid gränserna mellan sensorerna.

Kort beskrivning av uppfinningen Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett förfarande och en sensoranordning för ett avsökande digitalt radiografiskt system som erbjuder ett arrangemang med ett flertal sensorer som producerar kontinuerlig datainsamling längs hela längden av sensoranordningen konstruerad i enlighet med upp- finningen.

Genom att placera sensorskivornas gränskanter med en vinkel i förhållande till avsökningsriktningen finns det inte längre en fullständig förlust av data i något läge längs den longitudinella utsträckningen av en lång rektangulär-detektor. I stället upplevs viss förlust av data vid ett visst område av avsökningsbredden. Om andelen data som förloras är liten i jämförelse med den totala mängden data insamlade från detta läge kan avbildningen lätt rekonstrueras med hjälp av avbildningssystemets koppling eller mjukvara. Uppfinningen som den yrkas fastställs genom det oberoende patentkravet 1 och i de beroende patentkraven 2 - 6 fastställs ett antal olika utföringsformer i enlighet med uppfinningen. 503 350 Kort beskrivning av ritninqarna Uppfinningen kommer att beskrivas genom föredragna utföringsformer som skall betraktas med hänvisning till de medföljande ritningarna i vilka lika hänvisningsbeteckningar genomgående används för att ange lika delar.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. l I ritningarna: visar en traditionell roterande panoramafilmradiografi med smal spalt, visar en tandbåge med en förflyttningsväg för rotations- axeln under en exponeringssekvens, visar en förflyttning av detektorn under en del av en exponeringssekvens från ett läge till ett annat och samtidigt rör sig röntgenfokalpunkten längs vägen indikerad med pilen och rotationsaxeln förflyttas längs en väg i enlighet med fig. 2, visar en addering av vertikal orienterade, horisontellt skiftade smala röntgenbilder som skapar en adderad röntgenbild som täcker en större area än en enda bild, demonstrerar i en plan vy en föredragen utföringsform med användning av en detektor innefattande ett sensorarrange- mang i enlighet med den föreliggande uppfinningen, demonstrerar ett skilt arrangemang för ett avsökande system med en avsökningshöjd större än det enkla sensor- segmentets längd, varvid det önskade avbildningsfönstret indikeras med en prickad linje för varje sensorarrange- mang, visar en närbild av sensorsegmentsammansättningen i fig. 6A, vilken demonstrerar en detaljerad bild av gränsen mellan de två sensorsegmenten med rektangulär form, som är monterade i rad, 503 350 7 Fig. 8 visar en närbild av fig. 68 som en detaljerad bild av gränsen mellan sensorsegment med användning av rektangu- lära sensorer monterade med en vinkel mot avsöknings- riktningen, samt Fig. 9 visar detaljer av gränsen mellan sensorsegment i enlighet med den föreliggande uppfinningen demonstrerat i fig. 6C - 6E med bildpunkter orienterade i avsökningsriktningen varvid endast en bråkdel av data kommer att förloras vid gränsen.

Beskrivning av en föredragen utföringsform En belysande utföringsform av den föreliggande uppfinningen innefattar i enlighet med fig. 5 ett hölje 15 innehållande en röntgenkälla 13 och i fast mekanisk anslutning till en rektangulär avbildningsdetektor 19 med sina làngsidor orienterade vertikalt.

Detta röntgenkälle/detektoraggregat 18 är roterbart runt en vertikalt orienterad axel 17 som är förflyttbar mellan vilka som helst lägen inom ett horisontellt plan 16. Nära röntgenkällan 13 i höljet 15 finns tillhandahållet en kollimator 14 med en spalt, vilka tillsammans tjänar för att rikta röntgenstrålen mot detektorn och att anpassa strålen tvärsnitt vid detektorn för att ungefärli- gen överensstämma med den aktiva arean för detektorn 19 innefattan- de ett sensorarrangemang :i enlighet med den föreliggande upp- finningen. Strålarean är anpassad mot detektorarean för att undvika mer strålning till patienten än vad som krävs för insamlandet av bilderna. En andra anledning för att begränsa strålarean är för att minska mängden av sekundärstrålning inducerad i föremålet. överdriven sekundärstrålning minskar avbildningskvaliteten.

I fig. (5 demonstreras ett antal olika utföringsformer för att erhålla en utsträckt detektorarea som är större än den som kan erhållas med en enda halvledarskiva för ett avsökande digitalt dentalradiografisystem enligt fig. 5. 503 350 8 Fig. 6A visar ett förfarande i enlighet med teknikens ståndpunkt för att förena tvà eller flera sensorelement. I fig. 7 demonstreras en förstorad vy av arean runt gränsen där de närliggande sensorele- menten 30 förenas för att forma den önskade totala utsträckta detektionsarean. Detta kommer med nödvändighet att resultera i ett datagap i avbildningen vid föreningsläget för de två elementen 30 i utföringsformen enligt fig. 6A, bland annat beroende pà ytan upptagen av metallbussen 42 liksom skivsnittet 46 självt.

Ett grundläggande arrangemang som använder en idé tillsammans med det generella förfarandet enligt den föreliggande uppfinningen visas i fig. 6B med användning av ett antal mindre sensorelement 32 formade till en grupp genom att luta de individuella sensorelemen- ten för att erhålla en överlappande detekteringsarea i avsöknings- riktningen. Detta kommer emellertid att leda till ett slöseri av aktiv area som indikeras av det ideella avsökningsfönstret inlagt i fig. 6. Orienteringen av raderna och kolumnerna för bildpunkterna 40, som demonstrerat i fig. 8, komplicerar också den slutliga rekonstruktionen av avbildningen. 68 demonstrerar emellertid ett praktiskt billigt sätt att arrangera en utsträckt sensor med hjälp av ett antal enkelt tillgängliga små element 32. Jämfört med utföringsformerna enligt fig. 6C och 6E är det visst slöseri med detektoryta, men beroende pà tillgängligheten av små rektangulära eller kvadratiska element kommer det fortfarande att vara ekono- miskt intressant. Med hjälp av den lutande gränsen mellan elementen kommer det inte att finnas några punkter längs den vertikala riktningen som saknar datapunkter under avsökningen. vid gränsen mellan de individuella elementen kommer det att vara endast en liten bråkdel av data som fattas vilket enkelt kan rekonstrueras med hjälp av hårdvara eller mjukvara. Den aktivt fungerande rektangulära ytan indikerad av den guickade linjen kan enkelt definieras med en lämplig mask.

I enlighet med fig. 6C till 6E, för att spara halvledaryta kapas inte de individuella sensorelementen med användning av räta vinklar 503 350 9 vid ena eller, i allmänhet båda, kortsidorna som i fig. 6A eller 6B, utan istället kapas de med en lutande sidoände som demonstreras i exemplen enligt fig. 6C, 6D och 6E, då ett antal sensorer kan monteras i rad fortfarande med endast en bråkdel förlust av data vid gränsområdet mellan de individuella närliggande sensorelemen- ten. Detta illustreras i de gestaltade tillämpningarna enligt fig. 6C - 6E som demonstrerar individuellt formade sensorelement 34, 36 och 38, i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Fig. 6C illustrerar ett fall när hela den aktiva detektorarean är lokaliserad inom avbildningsfönstret och raderna av sensorbild- punkter 40 är orienterade i avsökningsriktningen som kan ses i den förstorade vyn enligt fig. 9. Fig. 6D demonstrerar ett fall som använder symmetriska sensorelement 36, där skivans lutande kortändsnitt är parallella, medan fig. 6E illustrerar ett fall med skivans lutande kortändsnitt skurna antiparallellt, dvs. vid en rät vinkel i förhållande till varandra för de två kortändarna för varje separat sensorskiva. I utföringsformerna enligt fig. 6D och 6E kommer emellertid en liten bråkdel av aktiv area att slösas vid de översta och understa delarna av det slutliga sensorarrangemanget som en insats för skivans geometri som tillåter samma tillverk- ningsprocess för kortändskanterna för alla skivelementen.

Förlusten av data styrs av bildpunktstorleken, avståndet mellan aktiva areor, sensorbredden och kapningsvinkeln. Till exempel en sensorbredd 10 mm, en bildpunktstorlek 100 um, ett avstånd 200 pm mellan aktiva areor och en kapningsvinkel 45” ger en dataförlust 4% längs gränsen. En avbildning med en sådan liten dataförlust kan enkelt rekonstrueras. För den obetydliga förlusten av bildpunkter som upplevs över avsökningsbreddens specifika område som över- ensstämmer med förenandet av två närliggande sensorskivor kan avbildningen i detta område enkelt fullständigt rekonstrueras med hjälp av den elektriska kopplingen eller panoramasystemets mjukvara. 503 350 lO I figurerna och i exemplet ovan har använts en kapningsvinkel 45°.

Kapningsvinkeln kan emellertid variera inom ett brett omràde. Den optimala vinkeln beror av sensordimensioner, bildpunktstorlek och avstånd frán sista bildpunkt till skivkanten. Skivans lutande skurna sidor är försedda med en motsvarande metallbuss 42 eller utläsningssektion 44 i enlighet med halvledarstandardteknik väl känd av fackmannen.

Det kommer att inses av fackmannen att olika modifikationer och ändringar kan göras i den föreliggande uppfinningen utan att avvika från dess andemening och omfattning som definieras av de med- följ ande patentkraven .

Claims (7)

503 350 ll PATENTKRAV

1. Förfarande för utsträckande av den fysiska längden för en rektangulär röntgenstrálningsdetektor i en avsökande digital röntgenavbildningssystemanordning innefattande ett antal in- dividuella sensorelementskivor, k ä n n e t e c k n a t av anordnande av gränslinjen mellan två närliggande individuella sensorelement (34, 36, 38) med en på förhand fastställd vinkel i förhållande till avsökningsriktningen för röntgenavbildnings- systemet och. därmed. i avsökningsriktningen skapande ett över- lappande detektorsensorelement som möjliggör en kontinuerlig datainsamling längs hela längden av det flerfaldiga sensorelement- arrangemanget.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av skärande av åtminstone en kortände pá en detektorsensorskiva (34) till en på förhand fastställd vinkel i förhållande till avsöknings- riktningen, varvid anordnande av två sådana detektorskivor till ett utsträckt detektorarrangemang rader och kolumner för sensorskivans bildpunkter (40) är orienterade parallellt med respektive vinkel- rätt mot avsökningsriktningen.

3. Förfarande enligt krav bl, k ä n n e t e c k n a t av skärande av kortändarna på en detektorskiva (36) parallellt med en på förhand fastställd vinkel i förhållande till avsökningsrikt- ningen, varvid vid anordnande av två eller flera sådana detektor- skivor till ett utsträckt detektorarrangemang rader och kolumner för sensorskivans bildpunkter (40) är orienterade parallellt med respektive vinkelrätt mot avsökningsriktningen.

4. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av skärande av kortändarna på en detektorskiva (38) antiparallellt mot en på förhand fastställd vinkel i förhållande till avsökningsrikt- ningen, varvid vid anordnande av två eller flera sådana detektor- skivor till ett utsträckt detektorarrangemang rader och kolumner 503 350 12 för sensorskivans bildpunkter (40) är orienterade parallellt med respektive vinkelrätt mot avsökningsriktningen.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av anordnande av ett antal rektangulära eller kvadratiska standardde- tektorelement (32) till en utsträckt rad i vilken de individuella elementen placeras med en lutande vinkel i "förhållande till avsökningsriktningen.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av anordnande av en mask ovanpà arrangemanget med detektorelement (32) för att definiera en utsträckt aktiv sensorarea i en riktning vinkelrätt mot avsökningsriktningen.

7. Bildsensorarrangemang som utnyttjar förfarandet enligt något av de föregående kraven l - 6, k ä n n e t e c k n a d av att sensorarrangemanget byggs upp med vilken som helst passande kombination av individuella detektorsensorskivor (32, 34, 36, 38) som bildar en utsträckt rektangulär röntgendetektor för ett avsökande digitalt röntgenavbildningssystem, varvid ett sådant detektorarrangemang med hjälp av de överlappande sensorelement- areorna i avsökningsriktningen möjliggör en kontinuerlig bilddata- insamling utan nágra avbildningsgap längs hela längden av det flerfaldiga sensorarrangemanget.