通常采用闪烁荧光屏来吸收X射线产生光的医用X射线检出体因荧光屏 的横向光弥散而造成空间分辨率损失。要减少横向光弥散从而保持可接受的空 间分辨率，必须将荧光屏制作得足够薄。
成像装置的空间分辨率和X射线检测能力往往分别以调制传递函数 (MTF)和X射线吸收效率来表征。薄荧光屏以X射线吸收减小的代价产生 较好的MTF。通常荧光屏的涂层密度和厚度用于空间分辨率和X射线吸收效 率两者间的折衷设计。
举例来说，Lanex Fine屏(Lanex精细屏)和Lanex Fast Back屏(Lanex 快速背衬屏)为Eastman Kodak Co.(伊斯曼柯达公司)所制造的2种典型的商 品屏。两者均由Gd2O2S(Tb)荧光体制造而成。Lanex Fast Back屏较厚，以更 高效率吸收X射线，但所具有的分辨率低于Lanex Fine屏。而Lanex Fine屏 比Lanex Fast Back屏薄，吸收X射线的效率较低，但具有较高分辨率。Lanex Fine屏和Lanex Fast Back屏其涂层密度分别为34mg/cm2和133mg/cm2。 Lanex Fine屏和Lanex Fast Back屏分别具有24％和63％的X射线吸收效率 (80kVp，钨靶，2.5mm Al固有过滤，并由0.5mm Cu过滤)，在5c/mm条件 下分别具有0.26和0.04的MTF值。
为了提高X射线吸收并保持空间分辨率，常规的屏胶片(SF)X射线照 相装置中结合有与双乳剂胶片结合使用的双屏。同样，在计算式X射线照相 (CR)中也采用双屏技术来提高X射线吸收效率。数字CR装置中采用荧光 屏存储体来替代SF装置中所采用的即时发光荧光屏。不需要任何胶片。一旦 经过X射线曝光，荧光屏存储体便以受到俘获的电荷形式存储潜像，其随后通 常由扫描激光束读出来生成数字X射线像。
近来，基于有源矩阵薄膜电子元器件的数字平板X射线成像器业已成为诸 如诊断放射学和数字乳房X射线照相这类应用的有前途的技术。有两种X射 线能量变换方法用于数字X射线照相(DR)，具体来说为直接方法和非直接方 法。该直接方法中，光电导体中吸收的X射线直接转换为电荷信号，存储于有 源阵列(AMA)的各像素电极，并用各薄膜晶体管(TFT)读出来生成一数字图 像。通常采用非晶硒(a-Se)作为光电导体。而非直接方法中，采用单一荧光 屏来吸收X射线，由每一像素具有单一光电二极管(PD)和FTF开关的AMA 检测所生成的光子。该光电二极管吸收荧光体与所吸收的X射线能量成正比发 出的光。所存储的电荷随后如同直接方法那样用TFT开关读出。
通常使用加氢的非晶硅(a-Si:H)来形成光电二极管和TFT开关。图1A 示出现有技术基于a-Si的平板成像器中单个成像像素10的剖视图(不按比例)。 每一成像像素10如图1B所示具有光电二极管70和TFT开关71。有一层X 射线变换体(例如发光荧光屏12)与光电二极管TFT阵列连接。光电二极管 70包括下列各层：钝化层14，铟锡氧化物层16，p摻杂的a-Si层，固有的a-Si:H 层20，n摻杂的a-Si层22，金属层24，电介质层26，以及玻璃基底28。图 1A中还示出X射线光子路径30和可见光光子路径32。当有单一X射线被荧 光体吸收时，有大量的光子以各向同性方式发出。仅有一小部分的发光到达光 电二极管并得到检测。
图1B示出包括传感器阵列81的平板成像器80的框图。基于a-Si的传感 器阵列包括m条数据线84和n条控制极线83。每一像素包括与薄膜晶体管 (TFT)71连接的a-Si光电二极管70。每一光电二极管70与共同的偏置线 85和其相关联的TFT的漏极(D)连接。各偏置线85所带的各偏置电压加到 各光电二极管70和各TFT 71上。各TFT 71由其相关联的控制极线83控制， 在被寻址时将所存储的电荷传送给数据线。读出期间，控制极线导通有限时间 (近10至100微秒)，允许该行的各TFT 71有足够时间将其像素电荷传送给 全部m条数据线。各数据线84与并行工作的电荷放大器86连接。总体来说， 电荷放大器86分为若干组，每一组通常具有32、64、或128个电荷放大器。 每一组中相关联的电荷放大器检测各图像信号，并按照时钟将各信号送至多路 复用器87.由此上述各信号经过多路复用，随后由模拟数字变换器88数字化。 接着将数字图像数据经过一连接传送至存储器93。各控制极线83顺序导通， 对要扫描的整个帧需要近若干秒。由计算机90进行另外的图像修正和图像处 理，所生成的图像在监视器91上显示或由打印机92打印到介质上。
为了尽可能多地减小电子噪声，可以在每一电荷放大器86和多路复用器 87两者间设置一相关双取样(CDS)电路89。各图像信号的读出顺序中，在 电荷放大器86检测出信号电荷之前和之后对每一数据线84上的电荷信号进行 取样，所生成的差异成为所测定的信号。该取样方案中，背景噪声从图像信号 当中消减。相关双取样电路89较好是用于平板成像器80，但并非成像器起作 用所需要的。平板成像器80各单元即控制极驱动器82、电荷放大器86、相关 双取样电路89、以及模拟数字变换器88的同步工作，提供所必需的定时、偏 置、开关、取样、扫描、以及数据读出作用，通过控制逻辑单元94由计算机 90控制。
基于a-Si的非直接平板成像器的工作原理是本领域技术人员所公知的，因 而这里仅给出简要说明。入射的X射线光子随后变换为a-Si:H n-i-p光电二极 管70内的电子空穴对。总体来说，有一反向偏置电压加到各偏置线85上以在 整个光电二极管范围内产生一电场(进而产生一耗尽区)从而增强电荷收集效 率。各光电二极管的像素电荷容量由偏置电压和光电二极管电容的乘积所确 定。在相关联的各TFT 71保持非导通(“截止(off)”)状态的同时由各光电 二极管对图像信号积分。这是通过使各控制极线83保持负电压来实现的。通 过利用TFT控制极控制电路将各行TFT顺序切换为导通状态来读出阵列。当 通过对相对应的控制极线83加上正电压来将像素行切换为导通(“导通(on)”) 状态时，来自上述像素的电荷沿各数据线84传送，并由各外部电荷敏感放大 器86积分。该行随后切换回到非导通状态，对每一行重复该处理直到整个阵 列被读出为止。各外部电荷敏感放大器86的输出信号由并行至串行的多路复 用器87传送至模拟数字变换器(ADC)88。作为替代，可以使各个体ADC 定位于每一电荷放大器86的信号输出端。多路复用器87因而可从平板成像器 80当中去除。该平板成像器能够进行单次快照(X射线照相)和连续(X射线 荧光镜)图像采集。
称为双能量消减成像的另一成像技术用于在胸腔X射线照相和血管成像 (angiography)中减小疾病检测的原子背景影响。该方法基于骨骼和软组织 具有不同能量依存的吸收特性。总体来说，产生2行图像。其中之一为低能量 的高对比度图像，另一种为高能量的低对比度图像。通过对上述2种图像采取 非线性组合，便可获得纯粹的骨骼图像和软组织图像。这种成像技术会改善病 理诊断和解剖图解。
双能量消减成像有两种常用方法：双曝光技术和单曝光技术。双曝光技术 中，通过以两种不同的X射线管电压设定进行两次曝光来从检出体当中获得两 种不同的图像。由于必须对患者进行两次曝光，并且对X射线管电压的切换必 须花费一限定时间，因而双曝光技术会对两幅图像间的患者活动体和对准误差 较为敏感。单曝光技术中，有一能量射线过滤板(filter)介于两检出体之间来 使低能量分量衰减，通过仅对患者进行一次曝光来同时获得两幅不同的图像。 单曝光技术其优点在于减小患者活动对准误差，并减小X射线剂量。双能量消 减成像不论是利用单曝光技术还是利用双曝光技术均可在屏胶片X射线照相 和计算式X射线照相这两种装置中实施。
如图2中所示的现有技术的屏胶片装置40将非对称屏(正面屏44和背面 屏56)与如图2中所示的具有非对称乳剂覆盖层(即胶片片基两侧的每一屏所 发出的光不会使另一侧的乳剂曝光)的零交迭胶片相组合。X射线光子路径42 图示X射线进入到屏胶片装置40的进入路径。每一乳剂层(正面乳剂层46 和背面乳剂层54)和胶片片基层50之间分别设置有防交迭层48和52(光吸 收层)。相对慢速、高分辨率的正面屏44使高对比度的正面乳剂层46曝光。 正面屏44和正面乳剂层46的组合主要负责肺部区域的成像。另外，快速、标 准分辨率的背面屏56以较高效率吸收X射线量子，使宽曝光时间范围的背面 乳剂54曝光，主要负责较低曝光的纵隔腔(mediastinum)以及后心脏区域的 成像。结果是肺部区域和纵隔腔区域得到清晰的记录。这种屏胶片成像装置主 要是其中经过曝光的胶片必须经过化学处理以形成最终图像的模拟(非数字) 装置。从曝光到图像显示所花费的时间较少。该装置具有较窄的动态范围，因 而具有较窄曝光时间范围。该图像无法经过数字处理用于图像增强，无法在显 示器上显示，无法存储于计算机或数字存储装置中，也无法以无线方式或者通 过互联网或其他通信网传输。
接着参照图3，现有技术的双屏计算式X射线照相(CR)成像装置60业 已用于提高X射线吸收，进而提高总体图像的信号噪声比(SNR)和对比度噪 声比(CNR)。利用该项技术，如图3所示有2个CR屏(正面屏62和背面屏 64)置放于一盒子内用于X射线66透过患者68的曝光。经过曝光的屏62和 64分开由激光扫描器扫描以形成正面图像和背面图像，接着按种种方法叠加以 优化最终图像的质量。
举例来说，胸腔成像中可使用高分辨率(HR)屏和标准分辨率(ST)屏， 来与单独使用ST屏的情形相比提高MTF，而无需在总体X射线吸收效率方 面折衷。在HR屏的背面使用ST屏并不会使HR屏的高频性能变差。而是在 低频至中频范围内增强图像质量，并在高频范围内保持质量。结果是该项技术 允许高分辨率细节得到成像(例如气胸或肋骨骨折)。
一种现有技术的多屏CR装置具有受到X射线的曝光来记录从相同方向观 察的对象的X射线潜像的多张可增强荧光存储板。从可增强荧光板读出的各图 像信号叠加在一起以获得经过平均的图像信号并减小与CR成像装置的每一分 量相关联的种种噪声。该经过平均的图像信号接着经过一灰阶处理用于增强图 像的对比度。结果是可以显著提高诊断效率和准确度。
用于对受到X射线光束曝光的对象生成X射线图像的另一种现有技术的 双屏CR装置具有一荧光存储板用于在通过对象之后接受X射线辐照。荧光存 储板具有一基片，该基片所具有的两主面在每一主面上设置有可光电增强的荧 光存储层。上述两存储层具有不同的材料或厚度。使用一双份读出器件来读出 每一存储层中存储的辐照信号。该双份读出器件包括2组分开的用于读出每一 存储层的读出装置。每一组读出装置具有一用以激励存储电荷的扫描激光束， 一用以收集所激发光的光收集体，一用以将该所激发光变换为电信号的光电倍 增管。该基片(诸如金属箔)无法由激励用激光束和激发光穿透，从而两存储 层所产生的图像信号没有交迭(crossover)。
采用图像叠加法的其他现有技术的双屏CR装置其中对表示两荧光存储屏 所记录的单个目标的两幅辐照图像的多个图像信号进行相加处理。与各画面组 成单元相对应的各图像信号按规定的权重系数加权，接着相加形成输出的图像 信号。按照每一图像信号的频率特性，对具有较低信号噪声比的频率分量所给 出的权重值低于对具有较高信号噪声比的频率分量所给出的权重值。
作为数字成像技术，上述基于CR的成像装置相对于屏胶片装置具有较为 理想的数字优点。但CR装置需要一激光扫描器将X射线潜像变换为输出的数 字图像，并需要一光学单元将前一次X射线曝光在荧光存储板上留存的余像擦 除。这可花费大约30秒至若干分钟来显示图像。
其他现有技术的装置涉及双能量消减成像。一项现有技术的双能量消减技 术采用常规的屏胶片组合来检测单一肺结核中的钙化。该项技术中采用两次曝 光。但临床实践中，两次X射线照相曝光的时间间隔期间患者的活动将会使得 消减图像变差。另一项现有技术用一个X射线管电压和由铜过滤分开并装入到 单一盒子中的两个不同的屏胶片组合来实施胸腔X射线照相中的单曝光技术。 该项技术业已通过抑制胸腔X射线照相中的骨骼对比度来检测肺结核。
采用屏胶片组合的上述技术中，胶片上记录的图像对首先得数字化，接着 处理为生成无骨骼和无软组织的图像。这自然会造成双能量X射线照相过程的 信息通过量减少，并因胶片数字化器件所造成的图像变差而降低图像质量。
一项现有技术的计算式X射线照相系统依赖于采用扫描激光激发照明的 单曝光双能量消减成像技术。该装置同时生成低能量图像和高能量图像。上述 两幅原始图像分别为第一成像板(更为靠近患者)和第二成像板所记录的图像。 新图像是通过减法处理获得的。但图像倍增系数因两板之间的固定距离而在第 一成像板和第二成像板之间稍微有所不同。因此远离X射线束中心的区域有对 准误差产生。
另一项按照计算式X射线照相技术的现有技术双曝光双能量消减成像装 置采用过滤改变件和成像板改变件来记录低能量图像和高能量图像。
虽然上述双能量CR装置提供了常规屏胶片装置不提供的新诊断信息，但 上述装置受制于较差的消减效果、不方便的工作流程、以及对CR技术的检测 量子效率(DQE)限制。
近来，基于与非晶硅TFT阵列连接的CsI:Tl闪烁体或与4个CCD摄像 器件连接的Gd2O2S闪烁体同样在数字平板成像装置中实施双曝光双能量消 减成像。虽然上述基于双曝光的DR装置显示出肺部疾病检测和特征方面的改 善，但在诸如X射线负载、对于患者的X射线剂量、以及患者的活动体等方 面仍有问题。
这样，便有需要将双闪烁屏(闪烁荧光层)的应用延伸至非直接数字X射 线照相(DR)装置。而且，需要将双闪烁屏的应用延伸至单曝光双能量消减 成像的非直接数字X射线照相(DR)装置中。

本发明其中一个实施例提供一种用于对对象摄取X射线图像的X射线照 相成像装置，其中包括：
1.一种X射线照相成像装置，用于对对象摄取X射线图像，包括：
(a)正面屏，具有：
(i)具有第一面和第二面的第一基板；
(v)第一基板的第一面上或第二面下设置的第一阵列的信号检测元件 和读出器件；
(vi)设置于第一阵列的信号检测元件和读出器件上的第一钝化层；和
(vii)具有第一厚度的第一闪烁荧光层，设置于第一钝化层上或第一钝化 层下并且响应通过对象的X射线而产生光，该光对第一信号检测元件进行照射 由此提供表示第一X射线图像的信号；
(b)背面屏，具有：
(i)具有第一面和第二面的第二基板；
(v)第二基板的第一面上或第二面下设置的第二阵列的信号检测元件 和读出器件；
(vi)设置于第二阵列的信号检测元件和读出器件上的第二钝化层；和
(vii)具有第二厚度的第二闪烁荧光层，设置于第二钝化层上或第二钝化 层下并且响应通过对象和正面屏的X射线而产生光，该光对第二信号检测元件 进行照射由此提供表示第二X射线图像的信号；
(ci)用于将第一和第二X射线图像的信号组合以生成复合X射线图像的 装置；以及
(di)第一和第二闪烁荧光层的成分和厚度被彼此相对选择以提供改善的 检测量子效率。
本发明另一个实施例提供一种用于对对象摄取X射线图像的X射线照相成 像装置，包括：
(a)具有第一厚度的第一闪烁荧光层，响应通过对象的X射线而产生光；
(b)设置于第一闪烁荧光层下的第一钝化层；
(c)设置于第一钝化层下的第一阵列的信号检测元件和读出器件，第一 钝化层接受第一闪烁荧光层照射，其中第一信号检测元件提供表示第一X射线 图像的信号；
(d)设置于第一阵列的信号检测元件和读出器件下的第一交迭抑制层；
(e)设置于第一交迭抑制层下的基板；
(f)设置于基板下的第二交迭抑制层；
(g)设置于第二交迭抑制层下的第二阵列的信号检测元件和读出器件；
(h)设置于第二阵列的信号检测元件和读出器件下的第二钝化层；
(i)设置于第二钝化层下的具有第二厚度的第二闪烁荧光层，响应通过 对象和该第二闪烁荧光层之上所有层的X射线而产生光，该光对第二信号检测 元件进行照射由此提供表示第二X射线图像的信号；
(j)用于将第一和第二X射线图像的信号组合以生成复合X射线图像的 装置；以及
(k)第一和第二闪烁荧光层的成分和厚度被彼此相对选择以提供改善的检 测量子效率。
优点
上述非对称双屏数字X射线照相装置相对于单屏数字X射线照相装置具有 种种优点。本发明提供较高的检测量子效率(DQE)，这是评估图像质量所用 的关键量度。本发明装置的MTF越高，所产生的图像越明锐。X射线吸收越 高，所产生的检测速度越迅速。本发明示范性装置的噪声水平越低，所给出的 量子斑点效应越小。本发明各实施例的检测量子效率越高，所提供的总体图像 质量越高。而且，在非直接DR装置中使用一对非对称屏明显缓解X射线荧光 屏设计中同时保持X射线吸收(通常需要屏具有的厚度增加)和空间分辨率(通 常需要屏具有的厚度减小)两者的冲突。此外，对平板成像装置使用挠性基片 (例如金属箔、塑料片、或者其组合)使该装置的机械强度和物理耐久性有所 提高，并抑制因此基片所造成的X射线吸收损耗。
所提出的单曝光双能量数字X射线照相装置相对于现有技术具有种种优 点。按照这种实施例无需切换X射线管电压。图像中可消减患者活动体对准误 差。另外，空间分辨率和信号噪声比的检测性能越高，所能产生的图像质量越 高，因此通过双能量成像对疾病的检测和特征的改进也越高。可以将双能量成 像更好地结合到当前提供较高运作效率的临床工作流程，而不需要使胶片图像 (SF装置)数字化，不需要扫描成像板(CR装置)，也不需要对患者进行加 倍的曝光(双曝光DR装置)。
本发明上述实施例其中至少一个，并非用2个平板来采集X射线照相图像， 而是在本发明另一示范性实施例中使用其中具有的基板正面侧涂覆的荧光屏 薄于基板背面侧涂覆的荧光屏的单一平板。有一遮光层可涂覆于基片每一侧以 使在基板一侧的荧光层向该基板另一侧的光电二极管发射的光的交迭最小。该 两屏同时受到X射线的曝光，从而基板正面侧和背面侧的光电二极管分别检测 正面图像和背面图像。因此，两幅图像经过组合和处理产生较高质量的图像。 由正面屏和背面屏检测出的两幅图像相对于彼此呈镜像关系，当实施了图像处 理时其中之一图像应该为负相。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征、以及优点通过下面对如附图所示的本发 明各实施例的更为具体的说明会变得清楚。
图1A示出现有技术基于单屏a-Si的平板成像器中成像像素的剖视图。
图1B示出现有技术基于单屏a-Si的平板成像器的框图。
图2示出现有技术的屏胶片装置的剖视图。
图3示出现有技术的双屏CR成像装置的示意图。
图4示出本发明示范性实施例具有遮光膜的双屏数字X射线照相平板成像 器的示意图。
图5示出本发明示范性实施例具有遮光膜的双屏数字X射线照相平板成像 器的示意图。
图6示出本发明示范性实施例具有遮光膜的双屏数字X射线照相平板成像 器的示意图。
图6A示出本发明示范性实施例具有遮光膜的双屏数字X射线照相平板成 像器的示意图。
图7示出本发明示范性实施例基板每一侧具有共用玻璃基板和交迭抑制层 的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图8示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有X射线射线过滤 板的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图9是示出图8所示的本发明示范性实施例的成像装置各分量的入射X射 线频谱。
图10示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有X射线射线过 滤板的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图11示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有X射线射线过 滤板的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图11A示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有X射线射线过 滤板的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图12示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有金属基片的双 屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图13示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例的双屏数字X射线 照相平板成像器的示意图。
图14示出本发明单曝光双能量成像用的示范性实施例具有X射线射线过 滤板的双屏数字X射线照相平板成像器的示意图。
图15示出非对称双屏数字X射线照相平板成像器的预取样调制传递函数。
图16示出非对称双屏数字X射线照相平板成像器的检测量子效率。

下面参照附图具体说明本发明各优选实施例，附图中每一图的相同结构组 成标注相同参照标号。
本发明涉及其中X射线源将X射线束投射通过对象以产生检测组件采集的 X射线图像的数字X射线照相装置。具体来说，本发明涉及与非直接非对称双 屏DR装置和单曝光双能量DR装置有关的种种实施例。
非直接非对称双屏DR装置
图4至图7示出本发明各个实施例的数字X射线照相装置的示意图。
图4中示出本发明第一示范性实施例，其中X射线102经过对象104导向 至数字X射线照相成像器100来形成图像。该数字X射线照相成像器100采 用2片平板检测体(正面屏110和背面屏160)来采集处理X射线102从而形 成一图像。该特定实施例中，正面屏110为正面屏配置，而背面屏160同样为 正面屏配置。在“正面屏配置”关系到的是各单个检测体的方位，其中所入射 的X射线先碰撞检测体的闪烁荧光部分(例如第一闪烁层120)，接着碰撞并 通过检测元件阵列(例如第一阵列的信号检测元件和读出器件130)这种情形 下，将此指定为正面屏配置。同样，当检测部分为所入射的X射线先碰撞检测 元件阵列再碰撞闪烁荧光部分这种方位时，所用的则为“背面屏配置”这种用 语。较好是，背面屏160的第二闪烁荧光层170的厚度大于或等于正面屏110 的第一闪烁荧光层120的厚度。彼此相对选择第一和第二闪烁荧光层的厚度和 成分，将提供改善的检测量子效率(参照图16)。
闪烁荧光层120和170可以为常规的X射线像增强屏。增强屏具有其中即 时发光的荧光体作为粒子在聚合矩阵中散布的发光层，并且具有诸如支持层、 保护外层、以及保持体这类其他层。合适的即时发光荧光体是众所周知的，例 如为摻杂有稀土活化剂的稀土硫氧化物。本发明较好是采用诸如Gd2O2S:Tb、 Gd2O2S:Eu、Gd2O3:Eu、La2O2:Tb、La2O2S、Y2O2S:Tb、CsI:Tl、CsI:Na、 CsBr:Tl、NaI:Tl、CaWO4、CaWO4:Tb、BaFBr:Eu、BaFCl:Eu、BaSO4:Eu、 BaSrSO4、BaPbSO4、BaAl12O19:Mn、BaMgAl10O17:Eu、Zn2SiO4:Mn、(Zn、 Cd)S:Ag、LaOBr、LaOBr:Tm、Lu2O2S:Eu、Lu2O2S:Tb、LuTaO4、HfO2:Ti、 HfGeO4:Ti、YTaO4、YTaO4:Gd、YTaO4:Nb、Y2O3:Eu、YBO3:Eu、YBO3:Tb、 或(Y、Gd)BO3:Eu，或者其组合这类发光荧光体。但其中包括摻杂的荧光体材 料的任何合适的发光荧光体材料均可用于在此说明的本发明的任何实施例。也 可使用不同荧光体的混合物。所用粒子尺寸的中值通常在大约0.5微米和大约 40微米之间。1微米和大约20微米之间的粒子尺寸中值，对于便于配方以及 诸如速度、明锐度、和噪声这类特性的优化来说较为理想。
闪烁荧光层120和170可采用常规的涂层技术制备，其中荧光粉与树脂粘 合剂材料溶液混合，利用诸如刮片涂层这类方法涂覆到基底上。粘合剂可从对 于X射线、激发、以及发光均透明的公知有机聚合物大类当中选择。本领域中 常用的粘合剂包括聚乙烯醇的邻磺基苯甲酸缩醛钠(sodium o-sulfobenzaldehyde acetal of poly(vinyl alcohol))；氯磺化聚乙烯 (chloro-sulfonated poly(ethylene))；大分子双酚聚碳酸酯(macromolecular bisphenol poly(carbonates))与包含双酚碳酸酯和聚亚烷基氧的共聚物 (copolymers comprising bisphenol carbonates and poly(alkylene oxides))的混 合物)；可溶于含水乙醇的尼龙(aqueous ethanol soluble nylons)；聚(丙烯 酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯)以及聚(丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯与 丙烯酸和甲基丙烯酸)的共聚物(poly(alkyl acrylates and methacrylates)and copolymers of poly(alkyl acrylates and methacrylates with acrylic and methacrylic acid))；聚乙烯醇缩丁醛(poly(vinyl butyral))；和聚氨酯弹性 体(poly(urethane)elastomers)。但可采用任何常规荧光体与粘合剂之比。一般 来说，采用较高的荧光体与粘合剂之重量比时实现相对较薄的荧光层和相对明 锐的图像。荧光体与粘合剂之比处于大约7:1至25:1范围内较为理想。增 强屏不限于使用晶体荧光体用于X射线至光的变换。举例来说，可使用闪烁玻 璃或有机闪烁体。
射线过滤板150置放于正面屏110和背面屏160两者间来使得某一屏向另 一屏发射的光的交迭最低。射线过滤板150可使得正面屏110和背面屏160两 者间的透光最低。较好是射线过滤板150使两屏110和160两者间的光的交迭 降低为10％或以下。该实施例其中一个方面，射线过滤板150可以为遮光膜或 遮光层。该遮光膜或遮光层可以为明胶(1.6g/cm2)的亲水胶质层，包含 320mg/cm2的以1:1重量比混合的诸如芳基染料这类微晶交迭抑制染料。射 线过滤板150也可用作X射线能量射线过滤板。
正面屏110的基板140和背面屏160的基板190可以由玻璃、塑料、或者 金属箔制成。较好是基板140或基板190或者两者可由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸 盐玻璃、熔融形成的玻璃、金属、或塑料，或者其组合制成。基板140也可作 为X射线能量射线过滤板。
作为X射线能量射线过滤板，基板140或射线过滤板150可以为金属或合 金，其中该金属或合金为Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、 Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或Pb，或者其组合。
每一屏具有信号检测元件和读出器件的阵列(例如第一阵列的信号检测元 件和读出器件130和第二阵列的信号检测元件和读出器件180)。另外，如图4 所示，有钝化层125设置于第一阵列的信号检测元件和读出器件130上，而有 钝化层175设置于第二阵列的信号检测元件和读出器件180上。各钝化层(例 如钝化层175)充当信号检测元件和读出器件的阵列(例如第一信号检测元件 和读出器件180)用的保护覆盖层，为采用诸如聚酰胺或氮氧化硅这类材料的 标准平板技术的共同部分。
第一和第二阵列的信号检测元件和读出器件130和180可以为具有薄膜晶 体管阵列结构的非晶硅(a-Si:H)光电二极管。可行的a-Si:H光电二极管薄膜 晶体管阵列结构包括(a)n-i-p、(b)肖特基势垒、以及(c)金属绝缘体半导体 (MIS)。尽管每一光电二极管结构具有其优点和缺点，但由于其较低水平的暗 电流使得信号噪声比较高进而图像质量更好，n-i-p(或p-i-n)结构较为理想。 各屏所用的信号检测元件和读出器件阵列130和180的像素间距取决于各X射 线照相的应用。举例来说，胸腔X射线照相中，典型的像素间距为100微米和 250微米之间，而对于乳房X射线照相来说，典型的像素间距为50微米和150 微米之间，而在兆伏特级成像中，典型的像素间距则在200微米至2000微米 之间。两屏(例如正面屏110和背面屏160)同时受到X射线的曝光。因此， (正面屏110和背面屏160所形成的)两幅图像经过组合和处理来生成一更高 质量的图像。
第一闪烁荧光层120响应通过对象104的X射线102，产生光照射第一阵 列的信号检测元件和读出器件130中的信号检测元件，以提供表示第一X射线 图像的信号。第二闪烁荧光层170响应通过对象104和正面屏110的X射线， 产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件180中的信号检测元件，以提 供表示第二X射线图像的信号。第一和第二X射线图像的上述信号可组合产 生一合成的X射线图像。
图5示出本发明第二示范性实施例(正面背面配置)，其中X射线202通 过对象204朝向数字X射线照相成像器200来形成一图像。数字X射线照相 成像器200具有射线过滤板250所分开的正面屏210(正面屏配置)和背面屏 260(背面屏配置)，该射线过滤板250减少两屏210和260两者间的交迭光的 数量。该实施例其中一个方面，射线过滤板250可以为遮光膜。正面屏210具 有第一闪烁荧光层220、钝化层225、第一阵列的信号检测元件和读出器件230、 基板240、以及其他合适层或者其组合。背面屏260具有基板270、第二阵列 的信号检测元件和读出器件280、钝化层285、第二闪烁荧光层290、以及其他 合适层或者其组合。第二闪烁荧光层290较好是所具有的厚度大于或等于第一 闪烁荧光层220。
基板240和270可由玻璃、塑料、或金属箔制成。较好是基板240或基板 270或者两者可由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、金属、或 塑料，或者其组合制成。基板240、射线过滤板250、或者两者也可起到X射 线能量射线过滤板的作用。作为X射线能量射线过滤板，基板240或射线过滤 板250可以为金属或合金，其中该金属或合金为Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、 Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或Pb，或者其 组合。
至于图4中所示的配置来说，两屏(正面屏210和背面屏260)如图5中 所示背对背地叠加在一起。背面屏260中基板、闪烁荧光层、钝化层、以及信 号检测元件和读出器件的阵列这种配置，与图4中的背面屏160的配置有所不 同。图5中，第一闪烁荧光层220响应通过对象204的X射线，产生光照射第 一阵列的信号检测元件和读出器件230中的信号检测元件，以提供表示第一X 射线图像的信号。第二闪烁荧光层290响应通过对象204和正面屏210的X射 线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件280中的信号检测元件， 其提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二X射线图像的信号用来产生 一合成的X射线图像。
图6示出一第三示范性实施例(背面正面配置)。如图所示，X射线302 通过对象304朝向数字X射线照相成像器300来形成一图像。数字X射线照 相成像器300具有正面屏310(背面屏配置)和背面屏360(正面屏配置)，两 屏310和360之间具有射线过滤板350。射线过滤板350可以使正面屏310和 背面屏360两者间通过的光量最小。本发明其中一个方面，射线过滤板350可 以为遮光膜。该遮光膜可以为具有明胶和足以将正面屏和背面屏两者间的光交 迭抑制为低于10％的微晶交迭抑制染料的亲水胶质层。而且，该实施例其中另 一方面，射线过滤板350可以为X射线能量射线过滤板。
成像器300同样具有第一阵列的信号检测元件和读出器件330和第二阵列 的信号检测元件和读出器件380、钝化层335和375、第一闪烁荧光层340、第 二闪烁荧光层370、以及基板320和390。第二闪烁荧光层370可具有一厚度 大于或等于第一闪烁荧光层340。第一和第二阵列的信号检测元件和读出器件 330和380可以具有薄膜晶体管阵列和光电二极管这种配置，诸如图1B所示 的配置。与图5中所示的第二实施例同样，数字X射线照相成像器300的屏 310和360重叠在一起使得各荧光屏(即第一闪烁荧光层340和第二闪烁荧光 层370)彼此相向并由射线过滤板350分开。
基板320和390可由玻璃、塑料、或金属箔制成。较好是基板240或基板 270或者两者可由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、金属、或 塑料，或者其组合制成。基板320、射线过滤板350、或者两者也可起到X射 线能量射线过滤板的作用。作为X射线能量射线过滤板，基板320或射线过滤 板350可以为金属或合金，其中该金属或合金为Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、 Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或Pb，或者其 组合。
第一闪烁荧光层340响应通过对象304的X射线，产生光照射第一阵列的 信号检测元件和读出器件330中的信号检测元件，以提供表示第一X射线图像 的信号。第二闪烁荧光层370响应通过对象204和正面屏310的X射线，产生 光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件380中的信号检测元件，其提供表 示第二X射线图像的信号。第一和第二X射线图像的信号用来产生一合成的 X射线图像。
图6A示出本发明另一示范性实施例(背面背面配置)，其中X射线1102 通过对象1104朝向数字X射线照相成像器1100来形成一图像。数字X射线 照相成像器1100具有射线过滤板1150所分开的正面屏1110(背面屏配置)和 背面屏1160(背面屏配置)，该射线过滤板250减少两屏1110和1160两者间 的光交迭的量。该实施例其中一个方面，射线过滤板250可以为遮光膜。正面 屏1110具有基板1120、第一阵列的信号检测元件和读出器件1130、钝化层 1135、第一闪烁荧光层1140、以及其他合适层或者其组合。数字X射线照相 成像器1100的背面屏1160具有基板1170、第二阵列的信号检测元件和读出器 件1180、钝化层1185、第二闪烁荧光层1190、以及其他合适层或者其组合。 第二闪烁荧光层1190较好是所具有的厚度大于或等于第一闪烁荧光层1140。
基板1120和1170可由玻璃、塑料、或金属箔制成。较好是基板1120或 基板1170或者两者可由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、金 属、或塑料，或者其组合制成。基板1120、射线过滤板1150、或者两者也可 起到X射线能量射线过滤板的作用。作为X射线能量射线过滤板，基板1120 或射线过滤板1150可以为金属或合金，其中该金属或合金为Al、Ti、V、Cr、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或 Pb，或者其组合。
图6A中，第一闪烁荧光层1140响应通过对象1104的X射线，产生光照 射第一阵列的信号检测元件和读出器件1130中的信号检测元件，以提供表示 第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层1190响应通过对象1104和正面屏 1110的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件1180中的信 号检测元件，其提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二X射线图像的 信号用来产生一合成的X射线图像。
图7示出本发明另一实施例。数字X射线照相成像器400包括但不限于第 一闪烁荧光层402、钝化层404、第一阵列的信号检测元件和读出器件406、第 二阵列的信号检测元件和读出器件408、交迭抑制层416、基板418、以及第二 闪烁荧光层420。
另外，图7虽示出两层交迭抑制层(即交迭抑制层416)，但数字X射线 照相成像器1100可在图示位置其中某一位置采用单层交迭抑制层。
不同于采用两屏来采集X射线图像的情形，数字X射线照相成像器400 采用的单屏是如图7所示将一荧光层覆盖于基板的正面侧(即第一闪烁荧光层 402)和将一荧光层(即第二闪烁荧光层420)覆盖于基板418的背面侧。本发 明其中一个方面，第二闪烁荧光层420可具有的厚度大于或等于第一闪烁荧光 层402的厚度。基板每一侧均具有信号检测元件和读出器件的阵列(例如第一 阵列的信号检测元件和读出器件406和第二阵列的信号检测元件和读出器件 408)。较好是有一遮光层(即交迭抑制层416)覆盖于基板418的每一侧，来 使得基板418其中一侧的荧光屏向基板418另一侧的光电二极管发射的光的交 迭最小。如上所述，交迭抑制层416可覆盖于基板418的单侧。基板418可以 为硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、或可透光的塑料，或者其 组合。
遮光的交迭抑制层416具有带明胶(1.6g/m2)的亲水胶质层，包含 320mg/m2的以1:1重量比混合的诸如芳基染料这类微晶交迭抑制染料。第一 和第二闪烁荧光层402和420同时受到X射线的曝光，基板418其正面和背面 上的光电二极管分别检测正面和背面图像。因此，上述两幅图像经过组合和处 理来产生一较高质量的图像。由于第一闪烁荧光层402和第二闪烁荧光层420 检测出的两幅图像彼此呈镜像关系，因而进行图像处理时上述两幅图像其中一 幅或另一幅应翻转。
图4至图7中所示的上面所说明的双屏数字X射线照相(DR)实施例中， 正面屏可具有提供高MTF(高分辨率)的闪烁荧光层，背面屏可具有闪烁荧 光层，其所具有的厚度大于或等于正面屏中的荧光层，该荧光层吸收透射通过 正面屏和基板的X射线中的大部分(并非全部)。因而，上述双屏DR装置与 常规的单屏DR装置相比可具有较高的分辨率和改善的X射线吸收效率。正面 屏和背面屏材料组合可包括但不限于下面表1给出的组合。只要正面屏中的闪 烁荧光层提供的MTF高于背面屏中的荧光层，正面屏所用的荧光材料可不同 于背面屏中所用的材料。
  正面屏 背面屏 正面屏覆盖重量 背面屏覆盖重量 (mg/cm2) (mg/cm2) Gd2O2S:Tb Gd2O2S:Tb 34 70 Gd2O2S:Tb Gd2O2S:Tb 34 133 Y2O2S:Tb Gd2O2S:Tb 43 133 CsI:Tl CsI:Tl 38 250 CaWO4 CaWO4 25 77 BaFBr:Eu BaFBr:Eu 50 200 CsI:Tl Gd2O2S:Tb 38 70 CsI:Tl Gd2O2S:Tb 38 133 CaWO4 LaOBr 25 128
表1：非对称双屏数字X射线照相装置中所用的正面/背面屏组合例
有源矩阵平板成像器所用的基板可以由诸如康宁(Corning)7059硼硅酸 盐玻璃片、康宁(Corning)1737铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、Schott D263T、 或AF45硼硅酸盐玻璃这类玻璃制成。上述康宁(Corning)玻璃基板其厚度 范围为0.4毫米至1.1毫米，Schott玻璃其厚度可薄到0.030毫米。常规的平板 数字X射线照相成像器中，来自X射线束源的X射线(称为初级X射线)并 非由闪烁荧光层完全吸收。某些X射线由光电检测器阵列(即信号检测元件) 吸收，而某些X射线则通过光电检测器阵列(即信号检测元件)以遇到可包含 高度集中的诸如钡这类重元素的玻璃基板。某些重元素原子一旦吸收X射线便 发出低能量的荧光X射线(称为次级X射线)。上述次级X射线随各元素的K 或L吸收边缘之上对X射线的吸收而产生。K或L壳层中的电子随对入射X 射线的吸收而排出。当各电子级联向下跃迁填补这种空缺的较低能态时，便能 够以特定元素的能量特性产生X射线。次级X射线可在任何方向上发出，但 回到荧光屏的发光可能使得空间分辨率损失，使图像噪声增加，造成图像质量 变差。为了降低X射线辐照通过基板的吸收损耗以及该基板中K荧光的产生， 基板的厚度和基板中重元素的集中度应在不牺牲功能、机械强度、以及基板耐 久性的情况下尽可能小。总体来说，基板对X射线辐照的吸收损耗在约60keV 的X射线能量的条件下应小于大约40％，较好是小于26％。
可用作有源矩阵平板成像器的基板的其他类型的有机和无机材料为塑料 (例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯、醋酸纤维素、或者 任何其他合适的塑料材料或其组合)、金属箔(例如不锈钢、碳钢、铝、阳极 铝、铜、黄铜、任何其他合适的金属或其组合)、或者其他合适的材料。总体 来说，PET在常规的屏胶片X射线照相装置中用作荧光屏的基板，并用作乳 剂胶片片基。该材料具有许多优异的基本特性，诸如高机械强度、较好的化学 耐受性、较低的水吸收、以及高尺寸稳定性。此外，其比玻璃更轻和更厚实。 而且，PET膜的表面可在制造期间经过预处理来给予其他理想的表面性质，诸 如与经过蒸发的金属和某一范围的溶剂以及水基漆、紫外线固化聚合物、以及 照相明胶的粘接，对此可提供超过72达因/厘米的表面能来形成较强的结合。 PET膜的绝缘特性造成在23℃和70％相对湿度的条件下具有超过1014欧姆/ 米2的高表面电阻率。更为重要的是，PET膜相对于X射线来说具有较高的 穿透能力，并且产生的K荧光X射线可忽略。因而，PET基板所造成的X射 线吸收和空间分辨率的损耗明显小于玻璃基板。
下面表2给出在60keV(Am241发射伽马射线)条件下X射线吸收相对于 各种基板材料的基板厚度的依存关系。
  基板 厚度(毫米) 60keV条件下的X射线吸收(％) 康宁7059玻璃 1.1 47.5 0.7 33.6 0.4 20.9 康宁1737玻璃 1.1 25.9 0.7 17.4 0.4 10.3 铜箔 0.508 52.0 0.381 42.4 0.254 30.7 0.178 22.7 0.102 13.7 0.051 7.08 0.025 3.61 不锈钢箔 0.508 38.5 0.381 30.5 0.254 21.6 0.178 15.6 0.102 9.26
  0.051 4.74 0.025 2.40 阳极铝箔 0.508 3.89 0.381 2.93 0.254 1.96 0.178 1.38 0.102 0.79 0.051 0.40 0.025 0.20 聚对苯二甲酸乙 二酯(PET) 1.1 2.86 0.7 1.83 0.4 1.05 0.178 0.47 0.120 0.27
表2：在60keV条件下X射线吸收相对于各种基板材料的基板厚度的依 存关系
如表2所示，采用阳极铝或PET作为基板材料抑制入射X射线的穿透损 耗。而且，对于平板成像装置所用的挠性基板(例如金属箔(铝)、塑料纸、 或者金属箔和塑料薄片的种种组合、或者任何其他合适组合)的使用会提高该 装置的机械强度和物理耐久(健壮)性。
图4至图7中所示的具有两层或以上的闪烁荧光层的非对称双屏数字X射 线照相装置的种种实施例相对于现有技术的单屏数字X射线照相装置(即具有 单层的闪烁荧光层的装置)具有若干优势。上面说明的双屏装置所具有的MTF 越高，其所产生的图像越明锐。而且，X射线吸收越高，检测体速度便越高， 患者的曝光和剂量就越低。双屏实施例显现的噪声水平越低，所具有的量子斑 点效应越不明显。较高的检测量子效率可解读为较高的总体图像质量。此外， 在非直接DR装置中使用一对非对称屏可在X射线荧光屏的设计中明显缓解要 同时保持(总体来说需要较厚的闪烁荧光层的)X射线吸收和(总体来说需要 较薄的闪烁荧光层的)空间分辨率这两者的冲突。此外，对于平板成像装置使 用挠性基板(诸如金属箔(铝)、塑料薄片(PET)、或者金属箔和塑料薄片两 者的组合)，改善该装置的机械强度和物理耐久(健壮)性，并且抑制因基板 造成的X射线吸收损耗。
总体来说，采用依赖X射线吸收效率和空间分辨率的调制传递函数MTF(f) 并非是成像装置的完整量度。检测量子效率DQE(f)是更好的图像质量量度， 这是因为其同样包括该成像装置的噪声传递特性。检测量子效率由下式定义：
$\mathrm{DQE}\left(f\right)=\frac{S^2{\mathrm{MTF}}^2\left(f\right)}{\Phi ·\mathrm{NPS}\left(f\right)}$
其中S为图像信号，Φ为X射线流，NPS为噪声功率频谱。
对于双屏装置来说，叠加的图像(S)中的图像信号可以由正面图像信号 (S1)和背面图像信号(S2)线性组合如下：
S＝αS1+(1-α)S2
其中α和(1-α)为正面图像和背面图像叠加所用的权重系数。对于最高 的图像质量(或DQE)来说，正面图像和背面图像应以依赖频率的方式加权 (即α为空间频率的函数)，并且使得其数量与相应屏的DQE除以MTF的数 值成正比。叠加图像的优化DQE等于正面图像和背面图像的DQE之和。
DQEopt(f)＝DQE1(f)+DQE2(f)
作为一例，如图4中本发明第一示范性实施例所示，非直接非对称双屏 DR装置中按MTF和DQE来说的成像性能运算如下。该装置中，正面屏和背 面屏两者均在荧光屏中采用Gd2O2S:Tb，在光电检测器阵列中均采用a-Si:H 光电二极管/TFT开关。光电二极管阵列具有127微米的像素间距，为57％的 填满比，4000e/像素的额外电子噪声。
图15示出具有闪烁荧光层的正面屏的MTF(“正面屏的MTF”)，所具有 的闪烁荧光层其厚度大于或等于正面屏荧光层的背面屏的MTF(“背面屏的 MTF”)，以及该双荧光层装置的MTF(“系统MTF”)。如所预期的那样，该 双层装置的MTF约为两个单荧光层装置的平均。图16示出具有两层闪烁荧光 层的装置的DQE，其约为具有一闪烁荧光层的正面屏的DQE(“正面屏的 DQE”)和具有一闪烁荧光层的背面屏的DQE(“背面屏的DQE”)两者之和。 由于X射线吸收效率有所提高，双屏装置的DQE的实质性提高使得图像质量 相对于单屏装置有明显的改善。
单曝光双能量DR装置
图8至图14示出单曝光双能量成像应用的非直接双屏DR平板成像器的 种种实施例。
图8示出所具有的两屏按照正面正面配置、用来由其朝向通过对象504的 X射线502生成图像的数字X射线照相成像器500。该数字X射线照相成像器 500中，背面屏560中的第二闪烁荧光层570较好是其厚度大于或等于正面屏 510中的第一闪烁荧光层520。除了第一闪烁荧光层520以外，正面屏510具 有钝化层525、第一阵列的信号检测元件和读出器件530、以及基板540。位于 正面屏510和背面屏560两者间的射线过滤板550吸收穿透第一闪烁荧光层 520的X射线的低能量成分，并使得入射至第二闪烁荧光层570和钝化层575 上的光束变硬(即消除低能量X射线并使得透射的光束具有高能量X射线)。 射线过滤板550可以为将X射线辐照的低能量成分吸收为与该辐照的高能量成 分相比达到较大的范围这种材料(例如金属或合金)。该材料可以为Al、Ti、 V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、 Au、Pb，或者其组合。射线过滤板550可起到遮光层作用以使得某一屏向另一 屏(例如正面屏510和背面屏560)发射的光的交迭为最小。除了第二闪烁荧 光层570、钝化层以外，背面屏560还具有第二阵列的信号检测元件和读出器 件580以及基板590。第一和第二阵列的信号检测元件和读出器件530和580 与图1B中所示的配置同样可包括薄膜晶体管阵列和光电二极管。
数字X射线照相成像器500中，第一闪烁荧光层520响应通过对象504 的X射线502，产生光照射第一阵列的信号检测元件和读出器件530中的信号 检测元件，以提供表示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层570响应通过 对象504和正面屏510的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出 器件580中的信号检测元件，以提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二 X射线图像的上述信号可组合来产生一合成的X射线图像。
图9分别示出入射到正面屏(例如图8中的第一闪烁荧光层520)、屏间射 线过滤板(例如图8中的射线过滤板550)、以及背面屏(例如第二闪烁荧光层 570)上的X射线频谱(A、B、C)。可以以钨靶、17°靶角、以及2.5毫米 Al等效固有过滤采用140kVp技术。X射线顺序通过模型患者(例如对软组织 激发的7.7cm人造荧光树脂和对骨骼激发的2.1mm铝，或者任何其他同样的 配置)、覆盖重量为34mg/cm2的Gd2O2S正面屏、厚度为0.5毫米的铜射线过 滤板、以及覆盖重量为133mg/cm2的Gd2O2S背面屏。频谱A、B、C的平均 能量分别为68.4、70.0、和80.5keV。入射到正面屏和背面屏(例如图8中的 第一闪烁荧光层520和第二闪烁荧光层570)上的两幅X射线频谱间的能量分 开可以为组织(或骨骼)消除的有效性方面和消减图像中的对比度噪声比方面 的关键因素。能量分开越大，骨骼和软组织图像的分开越好。入射到正面屏和 背面屏上的两幅X射线频谱(A和C)间的能量分开为大约12.1keV，与采用 CR技术的单曝光双能量消减成像中所实现的能量分开(约11keV)相比较大。
诊疗工作中，X射线束在单一曝光中依次通过患者、正面屏(例如图8中 的正面屏510)、射线过滤板(例如图8中的射线过滤板550)、以及背面屏(例 如图8中的背面屏560)。来自正面屏和背面屏的检测元件和读出器件阵列(例 如图8中的第一阵列530和第二阵列580)的信号分别经过数字化来产生低能 量和高能量辐射图像。纯粹的骨骼以及软组织图像可接着通过进行图像消减处 理来获得。
本发明可采用诸如Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Eu、Gd2O3:Eu、La2O2S:Tb、 La2O2S、Y2O2S:Tb、CsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、CaWO4、CaWO4:Tb、 BaFBr:Eu、BaFCl:Eu、BaSO4:Eu、BaSrSO4、BaPbSO4、BaAl12O19:Mn、 BaMgAl10O17:Eu、Zn2SiO4:Mn、(Zn、Cd)S:Ag、LaOBr、LaOBr:Tm、 Lu2O2S:Eu、Lu2O2S:Tb、LuTaO4、HfO2:Ti、HfGeO4:Ti、YTaO4、YTaO4:Gd、 YTaO4:Nb、Y2O3:Eu、YBO3:Eu、YBO3:Tb、或(Y、Gd)BO3:Eu，或者其组 合这类发光荧光体。如下面具体给出的那样，表3提供在本发明单曝光双能量 数字X射线照相装置中的正面屏和背面屏(例如第一闪烁荧光层520和第二闪 烁荧光层570；图8和图10至图14中所示的第一或第二闪烁荧光层等)中所 使用的优选示范性材料。但包括掺杂的荧光材料在内的任何合适的荧光材料 (或材料组合)可用于这里说明的本发明的任何实施例。也可使用混合的不同 荧光体。
  正面屏 背面屏 正面屏覆盖重 背面屏覆盖重 量(mg/cm2) 量(mg/cm2) Gd2O2S:Tb Gd2O2S:Tb 34 133 Y2O2S:Tb Gd2O2S:Tb 43 133 CsI:Tl Gd2O2S:Tb 38 133 CaWO4 CaWO4 25 77 LaOBr:Eu CaWO4 30 77 CsI:Tl CsI:Tl 38 250 BaFBr:Eu BaFBr:Eu 50 200
表3：单曝光双能量数字X射线照相装置中所用的正面/背面屏组合例
图10示出正面背面配置的单曝光双能量DR装置的另一示范性实施例。X 射线602其朝向通过对象604至用于形成图像的数字X射线照相成像器600。 与图8中的数字X射线照相成像器500同样，图10中的数字X射线照相成像 器600具有背对背叠加在一起并由射线过滤板650分隔的两屏(例如正面屏610 和背面屏660)。射线过滤板650可以为将X射线辐照的低能量成分吸收为与 该辐照的高能量成分相比达到较大的范围这种材料(例如金属或合金)。该材 料可以为Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、 Sn、Ba、W、Ta、Au、Pb，或者其组合。射线过滤板650同样可起到遮光层作 用以使得某一屏向另一屏(例如正面屏610和背面屏660)发射的光的交迭最 小。
数字X射线照相成像器600中，正面屏610具有第一闪烁荧光层620、钝 化层625、第一阵列的信号检测元件和读出器件630、基板640、任何其他合适 层，或者其任何组合。背面屏660具有基板670、第二阵列的信号检测元件和 读出器件680、钝化层685、第二闪烁荧光层690、任何其他合适层，或者其任 何组合。第二闪烁荧光层690较好是所具有的厚度大于或等于第一闪烁荧光层 620的厚度。
图10所示的实施例中，基板、信号检测元件和读出器件、以及第二闪烁 荧光层各单元的配置不同于图8中的数字X射线照相成像器500的配置。但数 字X射线照相成像器600的工作原理与数字X射线照相成像器500同样。数 字X射线照相成像器600中，第一闪烁荧光层620响应通过对象604的X射 线602，产生光照射第一阵列的信号检测元件和读出器件630中的信号检测元 件，以提供表示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层690响应通过对象 604和正面屏610的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件 680中的信号检测元件，以提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二X射 线图像的上述信号可组合来产生一合成的X射线图像。
图11所示的本发明的另一示范性实施例(背面正面配置)中，X射线702 其朝向通过对象704至数字X射线照相成像器700来形成一图像。数字X射 线照相成像器700的正面屏710和背面屏760叠加在一起使得各荧光屏(例如 第一闪烁荧光层740和第二闪烁荧光层770)彼此相向。正面屏710具有基板 720、第一阵列的信号检测元件和读出器件730、钝化层735、第一闪烁荧光层 740、任何其他合适层，或者其任何组合，而背面屏760具有第二闪烁荧光层 770、钝化层775、第二阵列的信号检测元件和读出器件780、基板790、任何 其他合适层，或者其组合。较好是，第二闪烁荧光层770可具有的厚度大于或 等于第一闪烁荧光层740的厚度。正面屏710和背面屏760由可由诸如Al、 Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、 Ta、Au、Pb，或者其组合这类材料形成的射线过滤板750分隔。射线过滤板750 同样可起到遮光层作用以使得某一屏向另一屏(例如正面屏710和背面屏760) 发射的光的交迭最小。
数字X射线照相成像器700的工作原理与数字X射线照相成像器500和 600类似。数字X射线照相成像器700中，第一闪烁荧光层740响应通过对象 704的X射线702，产生光照射第一阵列的信号检测元件和读出器件730中的 信号检测元件，以提供表示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层770响应 通过对象704和正面屏710的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和 读出器件780中的信号检测元件，以提供表示第二X射线图像的信号。第一和 第二X射线图像的上述信号可组合来产生一合成的X射线图像。
图11A示出本发明另一示范性实施例(背面背面配置)，其中X射线1202 其朝向通过对象1204至数字X射线照相成像器1200来形成一图像。数字X 射线照相成像器1200具有由射线过滤板1250分隔的正面屏1210(背面屏配置) 和背面屏1260(背面屏配置)。射线过滤板1250可由诸如Al、Ti、V、Cr、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、Pb， 或者其组合这类材料形成。射线过滤板1250同样可起到遮光层作用以使得某 一屏向另一屏(例如正面屏1210和背面屏1260)发射的光的交迭最小。
正面屏1210具有基板1220、第一阵列的信号检测元件和读出器件1230、 钝化层1235、第一闪烁荧光层1240、任何其他合适层，或者其组合。数字X 射线照相成像器1200的背面屏1260具有基板1270、第二阵列的信号检测元件 和读出器件1280、钝化层1285、第二闪烁荧光层1290、任何其他合适层，或 者其组合。第二闪烁荧光层1290较好是所具有的厚度大于或等于第一闪烁荧 光层1240。
基板1220和1270可由玻璃、塑料、或金属箔制成。较好是基板1220或 基板1270或者两者可由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、熔融形成的玻璃、金 属、或塑料，或者其组合制成。基板1220、射线过滤板1250、或者两者也可 起到X射线能量射线过滤板的作用。作为X射线能量射线过滤板，基板1220 或射线过滤板1250可以为金属或合金，其中该金属或合金为Al、Ti、V、Cr、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或 Pb，或者其组合。
图11A中，第一闪烁荧光层1240响应通过对象1204的X射线，产生光 照射第一阵列的信号检测元件和读出器件1230中的信号检测元件，以提供表 示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层1290响应通过对象1204和正面屏 1210的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出器件1280中的信 号检测元件，其提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二X射线图像的 信号用来产生一合成的X射线图像。
图12示出双能量DR装置另一示范性实施例。不同于采用两屏来采集X 射线图像的情形，数字X射线照相成像器800采用的单屏在基板的第一侧具有 荧光层(即第一闪烁荧光屏802)，在基板的第二侧具有另一荧光层(即第二闪 烁荧光层818)。
数字X射线照相成像器800具有闪烁荧光层802、钝化层804、第一阵列 的信号检测元件和读出器件806、基板816、第二阵列的信号检测元件和读出 器件808、以及第二闪烁荧光层818。
本实施例其中一个方面，第二闪烁荧光层818可具有的厚度大于或等于第 一闪烁荧光层802。图12中的数字X射线照相成像器800中，虽与图7中所 示的数字X射线照相成像器400同样，但具有某些结构差异。玻璃基板(例如 图7中的数字X射线照相成像器400中所用的基板418)由金属基板材料(例 如铜箔等)替代来吸收X射线辐照的低能量成分。
该实施例中，基板816的金属基板材料可起到基板以及射线过滤板的作用。 基板816可由诸如Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、 Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或Pb，或者其组合这种材料形成。第一和第 二闪烁荧光层802和818设置于基板的相对两侧。由于闪烁荧光层802和818 检测出的辐照图像(即要经过消减处理的辐照图像)彼此呈镜像关系，因而进 行消减处理时上述辐照图像其中一幅或另一幅应翻转。
再参照图13，X射线902其朝向通过对象904至形成图像的数字X射线 照相成像器900(正面正面配置)。数字X射线照相成像器900具有处于与背 面屏950(正面屏配置)相邻位置的正面屏910(正面屏配置)。正面屏910具 有第一闪烁荧光层920、钝化层925、第一阵列的信号检测元件和读出器件930、 基板940、任何其他合适层，或者其组合。背面屏950具有第二闪烁荧光层960、 钝化层965、第二阵列的信号检测元件和读出器件970、基板980、任何其他合 适层，或者其组合。第二闪烁荧光层960可使得厚度相对于第一闪烁荧光层920 有所增加。正面屏910具有基板940以吸收X射线辐照的低能量成分。基板 940可由诸如Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、 Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、Pb，或者其组合这类材料形成。
数字X射线照相成像器900中，第一闪烁荧光层920响应通过对象904 的X射线902，产生光照射第一阵列的信号检测元件和读出器件930中的信号 检测元件，以提供表示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层970响应通过 对象904和正面屏910的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出 器件970中的信号检测元件，以提供表示第二X射线图像的信号。第一和第二 X射线图像的上述信号可组合来产生一合成的X射线图像。第一和第二阵列的 信号检测元件和读出器件930和970可分别呈与图1B中所示的同光电二极管 和薄膜晶体管一起图示的部分同样的配置。
图14示出本发明另一实施例。如图所示，X射线1002通过对象1004朝 向数字X射线照相成像器1000(正面正面配置)来形成一图像。数字X射线 照相成像器1000具有射线过滤板1050所分开的正面屏1010(正面屏配置)和 背面屏1060(正面屏配置)，该射线过滤板250可以为诸如Al、Ti、V、Cr、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Ba、W、Ta、Au、或 Pb，或者其组合这类材料。正面屏1010具有第一闪烁荧光层1020、钝化层1025、 第一阵列的信号检测元件和读出器件1030、基板1040、以及其他合适层或者 其任何组合。背面屏1060具有第二闪烁荧光层1070、钝化层1075、第二阵列 的信号检测元件和读出器件1080、基板1090、以及其他合适层或者其任何组 合。
第二闪烁荧光层1070较好是所具有的厚度大于或等于第一闪烁荧光层 1020的厚度。正面屏1010中的第一闪烁荧光层1020可具有一荧光体(诸如 Y2O2S、BaFBr、上面表3中列出的任何材料、或者任何其他合适组合)以吸 收低能量X射线，而背面屏1060中的第二闪烁荧光层1070则包含一具有增强 的高能量X射线吸收的荧光体(诸如Gd2O2S、上面表3中列出的任何材料、 或者任何其他合适材料)。本发明的优选实施例中，第二闪烁荧光层1070厚到 足以吸收入射到其上的大部分(若不是全部)X射线。射线过滤板1050也可 用于使入射到高Z荧光屏(第二闪烁荧光层1070)上的光束进一步变硬。
数字X射线照相成像器1000其工作原理与上面说明的实施例类似。数字 X射线照相成像器1000中，第一闪烁荧光层1020响应通过对象1004的X射 线1002，产生光照射第一阵列的信号检测元件和读出器件1030中的信号检测 元件，以提供表示第一X射线图像的信号。第二闪烁荧光层1070响应通过对 象1004和正面屏1010的X射线，产生光照射第二阵列的信号检测元件和读出 器件1080中的信号检测元件，以提供表示第二X射线图像的信号。第一和第 二X射线图像的上述信号可组合产生一合成的X射线图像。也可在图8至图 14中所示的单曝光双能量数字X射线照相装置的上面提及的示范性实施例中 结合另外的技术，举例来说，(1)使用高原子数材料(例如Z＝46(Pd)至Z＝79(Au) 或者其任何合适组合)所形成的患者前置射线过滤板以增加低能量(正面屏) 和高能量(背面屏)图像间的能量分开；或(2)使用患者后置的常规抗散射 格栅以抑制散射，并使用算法以从消减处理之前的低能量和高能量图像当中减 去散射。
诸如上述示范性实施例所给出的装置这类单曝光双能量数字X射线照相 装置相对于现有技术装置中所说明的装置可具有种种优势。上述示范性实施例 不需要现有技术装置所需要的对X射线管电压进行切换，会消减患者活动体对 准误差，具有较低的X射线管负载并对患者具有较低的X射线曝光。另外， 上述示范性实施例可在空间分辨率和信号噪声比方面具有较高检测性能，因而 产生较高的图像质量。这种成像优势进而可通过双能量成像来改善对病症的检 测和特征。而且，将双能量成像更好地结合到当前临床工作流程可提供较高运 作效率，而不需要使胶片图像(SF装置)数字化，不需要扫描成像板(CR装 置)，也不需要对患者进行加倍的曝光(双曝光DR装置)。
部件清单
10    基于a-Si的平板成像体
12    荧光屏
14    钝化层
16    铟锡氧化物层
18    p掺杂的a-Si层
20    a-Si:H层
22    n掺杂的a-Si层
24    金属层
26    电介质层
28    玻璃基板
30    X射线光子路径
32    可见光光子路径
40    屏胶片装置
42    X射线光子路径
44    正面屏
46    正面乳剂层
48    防交迭层
50    片基层
52    防交迭层
54    背面乳剂层
56    背面屏
60    双屏计算式X射线照相成像装置
62    正面屏
64    背面屏
66    X射线
68    患者
70    光电二极管
71    薄膜晶体管(TFT)
80    基于a-Si的平板成像体
81    传感器阵列
82    控制极驱动器
83    控制极线
84    数据线
85    偏置线
86    电荷放大器
87    多路复用器
88    模拟数字变换器(ADC)
89    自相关的双取样(CDS)电路
90    计算机
91    监视器
92    打印机
93    存储器
94    控制逻辑
100   数字X射线照相成像体
102   X射线
104   对象
110   正面屏
120   第一闪烁荧光层
125   钝化层
130   第一阵列的信号检测元件和读出器件
140   基板
150   射线过滤板
160   背面屏
170   第二闪烁荧光层
175   钝化层
180   第二阵列的信号检测元件和读出器件
190   基板
200   数字X射线照相成像体
202   X射线
204   对象
210   正面屏
220   第一闪烁荧光层
225   钝化层
230   第一阵列的信号检测元件和读出器件
240   基板
250   射线过滤板
260   背面屏
270   基板
280   第二阵列的信号检测元件和读出器件
285   钝化层
290   第二闪烁荧光层
300   数字X射线照相成像体
302   X射线
304   对象
310   正面屏
320   基板
330   第一阵列的信号检测元件和读出器件
335   钝化层
340   第一闪烁荧光层
350   射线过滤板
360   背面屏
370   第二闪烁荧光层
375   钝化层
380   第二阵列的信号检测元件和读出器件
390   基板
400   数字X射线照相成像体
402   第一闪烁荧光层
404   钝化层
406   第一阵列的信号检测元件和读出器件
408   第二阵列的信号检测元件和读出器件
416   交迭抑制层
418   基板
420   第二闪烁荧光层
500   数字X射线照相成像体
502   X射线
504   对象
510   正面屏
520   第一闪烁荧光层
525   钝化层
530   第一阵列的信号检测元件和读出器件
540   基板
550   射线过滤板
560   背面屏
570   第二闪烁荧光层
575   钝化层
580   第二阵列的信号检测元件和读出器件
590   基板
600   数字X射线照相成像体
602   X射线
604   对象
610   正面屏
620   第一闪烁荧光层
625   钝化层
630   第一阵列的信号检测元件和读出器件
640   基板
650   射线过滤板
660   背面屏
670   基板
680   第二阵列的信号检测元件和读出器件
685   钝化层
690   第二闪烁荧光层
700   数字X射线照相成像体
702   X射线
704   对象
710   正面屏
720   基板
730   第一阵列的信号检测元件和读出器件
735   钝化层
740   第一闪烁荧光层
750   射线过滤板
760   背面屏
770   第二闪烁荧光层
775   钝化层
780   第二阵列的信号检测元件和读出器件
790   基板
800   数字X射线照相成像体
802   第一闪烁荧光层
804   钝化层
806   第一阵列的信号检测元件和读出器件
808   第二阵列的信号检测元件和读出器件
816   基板
818   第二闪烁荧光层
900   数字X射线照相成像体
902   X射线
904   对象
910   正面屏
920   第一闪烁荧光层
925   钝化层
930   第一阵列的信号检测元件和读出器件
940   基板
950   背面屏
960   第二闪烁荧光层
965   钝化层
970   第二阵列的信号检测元件和读出器件
980   基板
1000  数字X射线照相成像体
1002  X射线
1004  对象
1010  正面屏
1020  第一闪烁荧光层
1025  钝化层
1030  第一阵列的信号检测元件和读出器件
1040  基板
1050  射线过滤板
1060  背面屏
1070  第二闪烁荧光层
1075  钝化层
1080  第二阵列的信号检测元件和读出器件
1090  基板
1100  数字X射线照相成像体
1102  X射线
1104  对象
1110  正面屏
1120  基板
1130  第一阵列的信号检测元件和读出器件
1135  钝化层
1140  第一闪烁荧光层
1150  射线过滤板
1160  背面屏
1170  基板
1180  第二阵列的信号检测元件和读出器件
1185  钝化层
1190  第二闪烁荧光层
1200  数字X射线照相成像体
1202  X射线
1204  对象
1210  正面屏
1220  基板
1230  第一阵列的信号检测元件和读出器件
1235  钝化层
1240  第一闪烁荧光层
1250  射线过滤板
1260  背面屏
1270  基板
1280  第二阵列的信号检测元件和读出器件
1285  钝化层
1290  第二闪烁荧光层