CN1707699A - 用射线吸收材料制造散射射线光栅或准直器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造供一种射线类型用的散射射线光栅或准直器(4)的方法，该散射射线光栅或准直器由至少一个可预先给定几何形状的基体(6)构成，该基体(6)带有在其两对置表面间延伸、供该射线类型的一次射线通过的通道或通道槽(5)。本方法的特点在于：所述基体(6)借助压铸技术或立体光刻技术由一种对该射线类型强吸收的结构材料来构成。采用本方法允许仅用少量的方法步骤就可以高精度地制造散射射线光栅或准直器。

Description

用射线吸收材料制造散射射线光栅或准直器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造供一种射线类型用的散射射线光栅或准直器的方法，该散射射线光栅或准直器由至少一个可预先给定几何形状的基体构成，该基体带有在其两对置表面间延伸、供该射线类型的一次射线通过的通道或通道槽。

背景技术

目前，在X射线成像技术中对X射线照相的图像质量提出了高要求。在这种如尤其在医疗X射线诊断中所完成的照相中，一个待检查的物体被一个接近点状的X射线源的X射线透视穿过，且在该物体与该X射线源相对置的一侧以二维方式获得该X射线的衰减分布。例如，还可以在计算机断层造影设备中对被该物体减弱的X射线进行逐行检测。除了X射线胶片和气体检测器外，还可以增加使用固体检测器来作为X射线检测器，该固体检测器通常具有以矩阵方式布置的光电半导体作为光电接收器。该X射线相片的每个图像点在理想状态应当相当于该X射线被位于从该点状X射线源到该检测表面上与该图像点相应位置的直线轴上的物体所减弱的量。那些从该轴上的点状X射线源直线地投射到X射线检测器上的X射线称作一次射线。

然而，由X射线源发出的X射线基于不可避免的相互作用会在该物体中发生散射，从而除了一次射线外还会有散射射线、所谓的二次射线投射到该检测器上。这些散射射线根据受检物体的特性会在诊断图像上引起X射线检测器的总信号调制超过90％，从而成为一种辅助噪声源，因而减小了对细微反差区别的可识别性。散射射线的这一基本缺点源自因该散射射线的量子特性而在拍摄相片时产生一明显的附加噪声部分。

于是，为减小投射到检测器上的散射射线份额，在该物体和检测器之间置入所谓的散射射线光栅。散射射线光栅由规则布置的吸收X射线的结构构成，在这些结构之间形成了尽可能不减弱一次射线通过量的通道或通道槽。在聚焦的散射射线光栅中，这些通道或通道槽按照其到点状X射线源的距离、即到X射线管焦点的距离而与焦点对准。在非聚焦的散射射线光栅中，这些通道或通道槽在该散射射线光栅的整个表面上与该表面相垂直。然而这会导致一次射线在拍摄相片的边缘处出现可以察觉到的损失，因为在这些位置处入射的一次射线的较大部分落在该散射射线光栅的吸收区。

为得到高的图像质量，对X射线散射射线光栅的性能提出了很高的要求。一方面，该散射射线应当尽可能好地被吸收，而另一方面尽可能高份额的一次射线应当不衰减地通过该散射射线光栅。投射到检测器表面的散射射线份额的减小可以通过使该散射射线光栅的高度与通道或通道槽的厚度或直径具有较大的比值来达到。然而，由于在通道或通道槽之间的吸收结构件或壁件具有厚度，通过其对一部分一次射线的吸收而对图像产生干扰。恰好在使用固体检测器时光栅的不均匀性、即吸收区偏离其理想位置会导致在X射线相片中形成光栅而对图像产生干扰。例如在检测部件成矩阵布置时存在这样的危险：检测部件和散射射线光栅的结构的投影相互干涉。因此会出现受干扰的波纹(Moiré)现象。

所有公知散射射线光栅的重要缺点是；吸收结构件不能任意薄地精密制造，从而在所有情况该一次射线中相当大的一部分被这些结构件取走。

在核医疗中、尤其在应用例如象Anger照相机那样的γ射线照相机时存在同样的问题。在此拍摄技术中，类似于X射线诊断一样，还必须注意使尽可能少的散射γ量子到达检测器。与X射线诊断相反，在核诊断中γ量子的射线源位于物体内部。在此，向患者注射一种标示有某种不稳定同位素的代谢材料制剂，这些代谢材料制剂此后到达特定的器官。然后通过示踪那些相应由该躯体发出的衰变量子得到该器官的图像。该器官内放射性随时间变化的情况允许对其功能作出结论。为了得到一幅体内的图像，必须在γ探测器之前置入一个规定该图像投影方向的准直器。这样一种准直器从其功能上和从结构上看相当于在X射线诊断中的散射射线光栅。仅仅那些与准直器择优取向一致的γ量子可以通过该准直器，与其相倾斜射入的量子被该准直器的壁吸收。基于γ量子与X射线量子相比具有高能量，该准直器的输出必定比X射线的散射射线光栅高许多倍。

于是，可以在相片拍摄期间通过仅考虑在图像中具有一确定能量的量子来选择散射量子。然而每个检测的散射量子会导致该γ相机例如一微秒的停机时间，在此停机时间中不再可记录其他现象。于是当紧跟在记录一散射量子之后进入一个一次量子，则该一次量子未被记录，对该图像而言被丢失了。即使一个散射量子短时间地在某范围之内与一个一次量子重合，也出现类似的效应。由于分析电子电路在此后不再能将两种现象分开，测得一过高的能量，且该现象未被记录。所给出的这两种情况说明：高效地抑制散射射线会在核诊断中导致改进量子效应。这样一来，最终在使用同样剂量的放射性同位素时得到了改进的图像质量，或者为达到相同的图像只要求较小的放射性同位素剂量，于是可以降低对患者的射线照射量或者减少照相拍摄时间。

为了制造X射线的散射射线光栅和用于γ射线的准直器，目前有不同的技术。例如已公知了由铅带和纸带叠置成的薄层状散射射线光栅。铅带用于吸收二次射线，而位于铅带之间的纸带成为一次射线的通道槽。然而，制造这种散射射线光栅时受限制的精度以及该铅层不再可减小的厚度一方面导致所不希望的一次射线的损失，另一方面对固体检测器的成矩阵布置的检测部件情况导致由波纹(Moiré)条纹带和光栅带产生的图像质量问题。

用于γ射线的准直器通常由机械折叠的薄铅片制成。这是一种相对成本低廉的方案，但其存在着这样的缺点：尤其在使用带有成矩阵布置检测部件的固体照相机时，例如在镉-锌-碲化合物检测器时，由于此准直器比较粗糙的结构会出现干扰性的混淆效应。

美国专利说明书US 5814235A公开了一种用于制造X射线的散射射线光栅的方法，在此方法中散射射线光栅由各个薄金属箔层构成。各金属箔层由一种对X射线强吸收的材料制成，且用立体光刻法构成相应的通道孔。为此，必须将一种光刻胶敷设在各层膜的两侧，且经一光掩模进行曝光。接着完成腐蚀步骤，在该步骤中将通道孔蚀刻到金属箔上。去除掉留下的光刻胶层后，在被腐蚀的金属箔上敷设一粘接层。接着将金属箔精确地彼此定位，且将它们相互连接形成散射射线光栅。经过紧接着的温度处理将结构固化。这样就制成了带有作为通道的空气间隙的格栅状散射射线光栅，其适于应用到***X射线照相和普通射线照相。在此，该立体光刻腐蚀技术可以在散射射线光栅内得到比带有铅薄层的散射射线光栅更精细的吸收区和非吸收区。通过对各层金属箔采用不同的掩模(各自带有彼此略微错开的通道孔)，还可允许用此技术来制成聚焦的散射射线光栅。然而对于X射线的散射射线光栅需要许多这类金属箔层，这些金属箔层又要求许多不同的掩模和制造步骤。于是，此方法既费时又昂贵。

由美国专利说明书US 6185278 B1公开了另一种制造用于X射线和γ射线的散射射线光栅的方法，在此方法中同样对各金属箔用立体光刻方式进行腐蚀，且彼此叠置成层状。然而，在此方法中为了制成聚焦的散射射线光栅汇集多组具有一些带有精确相同布置通道孔的金属箔层，其中这些各金属箔层组具有彼此错开的通道孔。通过此技术，减少了为制造散射射线光栅所要求的立体光刻掩模。

另一种用于制造X射线的散射射线光栅的方法由US 5303282公开。在此方法中采用一种由光敏材料制成的基片，将该基片在一个与要产生的通道相应的光掩模的条件下进行曝光。然后，由此基片腐蚀出与该曝光区相应的通道。基片的表面连同该通道的内壁覆盖了一层足够厚的对X射线强吸收的材料。为提高长径比(Schachtverhltniss)，将多块这样加工的基片彼此相叠放。类似的用于制造X射线的格栅状散射射线光栅生产技术在欧洲专利说明书EP 0681736 B1或美国专利说明书US 5970118 A中作了描述。然而这种在厚基片上腐蚀通道会导致通道几何形状的精度损失。

由G.A.Kastis等人发表的“A Small-Animal Gamma-Ray Imager Using aCdZnTe Pixel Array and a High Resolution Parallel Hole Collimator”公开了一种用于制造一种用于γ射线的、结构为格栅状的准直器的方法。在这种情况下，此准直器由层状的、被腐蚀的金属箔层(此处为钨)制成。因而，这些制造方法也很费事和昂贵。

在德国专利说明书DE 10147947 C1中描述了一种利用快速模型研究技术来制造散射射线光栅或准直器的方法。在此方法中，首先确定散射射线光栅或准直器的透光区或不透光区的几何形状。接着，借助快速成型技术通过在射线作用下逐层固化结构材料来构建一个与透光区几何形状相应的基体，且在生成的通道的内表面及在前后侧表面上覆盖一层对X射线或γ射线强吸收的材料。此时，层厚这样选择，使得出现的二次射线几乎完全在此层内被吸收。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种制造散射射线光栅或准直器的方法，利用此方法可以仅用较少的加工步骤就可高精度地制造散射射线光栅或准直器

上述技术问题是针对本说明书开始部分所提到的方法采用下述措施来解决的：基体由一种对射线类型强吸收的材料用压铸技术或借助立体光刻技术来生成。

在本方法中，由至少一个可预先给定几何形状的、带有供各射线类型、尤其是X射线和/或γ射线的一次射线通过的通道或通道槽的基体构成的散射射线光栅或准直器这样来制成：基体由一种对射线类型强吸收的结构材料用压铸技术或借助立体光刻技术来生成。在此，直接采用一种对射线类型强吸收的材料作为结构材料。该强吸收的结构材料优选为由一种热塑性材料和一种对射线类型强吸收的材料组成的复合材料。例如此结构材料可以是一种充填有钨粉的塑料、一种充填有高吸收陶瓷粉末的塑料或一种充填有氧硫化钆的塑料。

通过这种直接由对具体射线类型、尤其是X射线和/或γ射线强吸收的材料生成基体，允许仅用较少的加工步骤制造成具有可由注模形状预先给定的任意几何形状的散射射线光栅或准直器。省去了费事的装配技术或腐蚀技术以及对该基体额外要求的涂覆。对于利用立体光刻技术通过在射线作用下逐层固化结构材料来构造基体来说，这也起到了同样的效果。在这些技术中，可方便地制造带有精细编织的结构和高精度的基体，而不必完成许多费事的方法步骤。因而，这种直到得到所制成的散射射线光栅或准直器的整个制造工艺与现有技术中的其他公知方法相比明显简化了，且可以低成本地实现。

在立体光刻技术中，将三维CAD结构(在此为基体的几何形状)转换成CAD***中的体积数据。接着将用于立体光刻的三维体积模型在一计算机中划分成断面。这些断面具有100μm的层厚或更薄。在将数据传送到立体光刻设备后，逐层构建原始的形状。此时，在本方法中采用了一种在射线、尤其在激光射线的作用下完成层状结构的技术。在这种技术中，优选通过用紫外激光进行曝光使液态环氧树脂固化。该激光由一光学透镜***和扫描***来聚焦，且导送到要固化的表面上。依据三维体积数据用激光在树脂表面再绘构件的形状，且用这种方式使该构件形状固化。在固化后再构建一新层，即将带有该固化区的构件下降一个层厚，对该新层进行曝光等。此整个过程逐层重复进行，直到该构件具有其完整的外形。为按照本发明制造散射射线光栅或准直器，可以采用一台结构面积为250×250mm²的立体光刻设备。在使用立体光刻技术制造散射射线光栅或准直器时的特点在于：塑料材料带有用作该基体的对射线高吸收的充填材料。对于充填材料，在此例如可以采用氧硫化钆(GOS)、高吸收的陶瓷粉末或钨粉。在塑料材料固化时这些充填材料牢固地结合在该基体中。

在另一种可能的、已被称作立体曝光固化(Solid Ground Curing)概念的立体光刻技术中，由图形发生器在一玻璃基片敷设每一层结构作为负掩模。此掩模用作光刻结构，且在每次曝光后将其清除掉和重新绘制。在一工作板上敷设一薄层被紫外固化的含有充填材料的树脂。接着用紫外光完成穿过掩模的曝光，从而使掩模下的结构固化。未曝光的区域保持为液态，并被吸走。形成的空腔充有热的、随后被固化的液态蜡。最后将新制成层的表面铣平。在制得这层后可再敷设一层新树脂，且用同样的方式选择性地固化。继续整个过程，直到制成完整的构件。

在本方法的一种实施方式中，散射射线光栅或准直器不是由一单个的基体、而是由多个基体组装而成。这些基体紧邻布置或者沿射线透过方向上下叠置。由多个基体组装成散射射线光栅或准直器的优点是确保隔片有足够的机械稳定性，尤其在隔片长度长而要求隔片宽度小(即通道间的间隔或通过通道槽的间隔小)时确保其有足够的机械稳定性。

在本方法中，基体的几何形状可以任意预先给定。优选用本方法生成一种聚焦的散射射线光栅或准直器，在这些散射射线光栅或准直器中通道孔或通道槽的倾斜度与一确定的X射线焦点位置相对准。此外，其优点在于：不仅在所述散射射线光栅或准直器设有通道槽，而且设有成矩阵形布置的通道，从而得到一种格栅状或蜂窝状结构。以这种方式还可以沿着第二维、尤其是沿X射线设备的Z向实现准直。

附图说明

下面结合实施方式和附图再次对本发明作简要说明：

图1示意地表示一个散射射线光栅在对一物体进行X射线照相时的作用；

图2示意地示出在对一物体进行核医疗照相期间使用一准直器时的情况；

图3示出了立体光刻技术的应用示例图；

图4示出了说明压铸技术的图；

图5给出了用本发明方法制造准直器或散射射线光栅的第一个实例；

图6给出了用本发明方法制造散射射线光栅或准直器的第二个实例。

具体实施方式

在对一物体3进行X射线照相时的典型情况在图1中作了示意性的描述。物体3位于一个可看作点状X射线源的X射线管焦点1与一检测表面7之间。由X射线源的焦点1发出的X射线束2朝着X射线检测器7的方向线性地扩展，且在那里透射过该物体3。由X射线焦点1发出的直线穿过物体3而撞击在检测表面7的一次射线2a在该检测表面7上产生一个因该物体3而产生的、空间位置可分辨的衰减值分布。由X射线焦点1发出的X射线2的一部分在物体3中散射。由此产生的散射射线2b对所期望的图像信息产生不利的影响，且在投射到检测器7上时明显使信噪比变差。于是，为改善图像质量，在检测器7之前设置一个散射射线光栅。此散射射线光栅在其由不允许X射线透过的材料构成的基体6上具有通道5。这些通道5与X射线焦点1的方向相对准，因而它们允许进入的一次射线2a以直线行进方式到达检测器表面。不是沿此方向进入的射线、尤其是散射射线2b将被该基体6的吸收材料阻断或明显地减弱。然而，该基体6的吸收间壁基于迄今公知的制造技术仅仅以一确定的最小厚度来实现，从而该一次射线2a中相当大的部分被吸收，而未对图像结果起作用。

图2示出了核诊断中照相时的情况。在图中可看到待检查的物体3，在该物体中示出一器官3a。通过注入一种发射γ射线的介质(其富集在该器官3中)，则由此区域发出γ量子8a，该γ量子8a投射到该检测器7、一种Anger照相机上。通过在该检测器7之前设置了在其基体吸收γ射线的区域之间具有直线对准通道5的准直器4来规定当时所拍摄图像的投影方向。沿其他方向发出的或散射的、未到达由此投影方向构成的直线行程的γ量子8b被该准直器4吸收。然而。在此技术中基于该基体6的吸收区不能达到任意薄，还会有相当大部分的一次射线8a被吸收。

本发明提供了一种可以十分精密地制造带有位于通道5之间的薄隔片或薄间壁的散射射线光栅或准直器的方法。在此，为制造散射射线光栅或准直器，在本方法的一种实施方式中采用了如按照图3所描述那样作为实例给予说明的立体光刻技术。在此技术中，将一紫外激光射线12定向传送至置于一容器9中、可与紫外线耦合的液态聚合物10的表面。该紫外激光射线12依据该要制造基体6的三维体积模型在液态聚合物10的表面上运动，以便逐层构建基体6。在固化了一层后，将结构平台11上的这一层下降另一个层厚，从而该紫外激光射线12可依照该三维体积模型固化下一层。以这种方式逐层构建由在紫外线作用下固化的聚合物10构成的基体6，此聚合物10在本方法中含有对X射线强吸收的材料制成的填充物。例如可以采用一种充填有钨粉的紫外固化的聚合物作为结构材料。由于紫外激光射线12具有良好的可聚焦性，在此可以很高精度地实现十分精细的编织结构。该基体可以直接构造在结构平台11上或者可以构造在一块位于结构平台11上的、在图中未示出的附加支承板上。此外，还允许直接用立体光刻技术来构造一基板，然后在此基板上再生成与所期望几何形状相应的基体6。

图4示例地示出了在压铸技术中制造一种基体的优选方式。在此技术中，准备一个上压铸模13和一下压铸模14，这两个模具一起构成该散射射线光栅或准直器4的基体的阴模。这种压铸模具可以按公知的方式通过成型和借助一快速成型技术来制成。在将两分模具13、14组合在一起后将液化的结构材料经注入孔15注入到两分模具13、14之间的空腔中。在这些结构材料固化后，再将两分模具13、14分开。这样制成的散射射线光栅或准直器4例如可以具有一种如在图5和图6的实例中可清楚看出的结构。在此所采用的塑料材料、例如ECOMASS或一种充填有钨粉的环氧树脂使该基体通道之间的隔片具有足够的吸收射线能力。另一些用作充填材料的例子是Co-60和N-16，用它们可以产生与铅一样的屏蔽效率。

图5示出了一种用本方法制造的散射射线光栅或准直器4的第一个实例。在此实例中示出了两个可彼此叠放的基体6。为了固定，这些基体6设有可使两基体6方便地可拆卸连接的卡锁16。这些基体具有多条如由图中放大断面可清楚看到的通道5。通过这些横向和纵向行进的、构成通道5界面的隔片6a构成格栅状的散射射线光栅或准直器，利用其可实现一种沿Φ向或沿z向的准直。

图6示出了一种用本方法可制成的准直器或散射射线光栅4的叠状结构的第二个实例。在此图中也可看出两个以间隔方式彼此叠放的基体6。在此，这些基体分别具有多条平行布置的、各自由纵向行进隔片6a彼此分开的通道槽5。在该图的左下方还可看出一个放大的俯视图。

Claims (12)

1.一种用于制造供一种射线类型用的散射射线光栅或准直器(4)的方法，该散射射线光栅或准直器由至少一个可预先给定几何形状的基体(6)构成，该基体(6)带有在其两对置表面间延伸、供该射线类型的一次射线通过的通道或通道槽(5)，其特征在于：所述基体(6)由一种对该射线类型强吸收的结构材料用压铸技术或借助立体光刻技术来构成。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采用由一种热塑性材料和一种对所述射线类型强吸收的材料组成的复合材料作为所述结构材料。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采用一种充填有对所述射线类型强吸收的材料的塑料或陶瓷材料作为所述结构材料。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采用一种充填有钨粉的塑料作为所述结构材料。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采用一种充填有高吸收性陶瓷粉末的塑料作为所述结构材料。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：采用一种充填有氧硫化钆的塑料作为所述结构材料。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述散射射线光栅或准直器(4)由多块基体(6)组装而成。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述多块基体(6)彼此叠放，使得它们的表面彼此对置。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：所述基体(6)的几何形状被这样预先给定，即，使之形成一个聚焦的散射射线光栅或准直器(4)。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：所述基体(6)的几何形状被这样预先给定，即，使得由所述通道(5)形成一个带有格栅状结构的散射射线光栅或准直器(4)。

11.应用如权利要求1至10中任一项所述的方法来制造一个供X射线用的散射射线光栅(4)。

12.应用如权利要求1至10中任一项所述的方法来制造一个供γ射线用的准直器(4)。

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