CN1883010A - 尤其是用于医疗x射线装置的散射束光栅及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散射束光栅，尤其是用于X射线装置的散射束光，以及一种用于制造这种散射束光栅的方法。所述散射束光栅(1)由众多通过填充和载体材料(3)相互分开的、X射线的吸收元件(2)组合而成，这些吸收元件是几乎相互平行或者向着一个共同的焦点(10)取向的。该散射束光栅的特征在于，吸收元件(2)是以统计分布排列的。可以极其低成本地制造这种类型的散射束光栅。

Description

尤其是用于医疗X射线装置的散射束光栅及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种散射束光栅，尤其是用于X射线装置的散射束光栅，其由众多通过填充和载体材料相互分开的、X射线的吸收元件组合而成，这些吸收元件是几乎相互平行或者向着一个共同的焦点取向的。此外，本发明还涉及一种用于制造这种散射束光栅的方法。

背景技术

在例如X射线检查或医疗X射线诊断的X射线透视方法的典型应用领域中，在X射线透视中可以实现的分辨率是至关重要的。通过使用带有尽可能紧密地相邻排列的小面积检测器元件的检测器阵列以及一种设置在这些检测器元件之前的、用于窄地限制空间角的装置，实现了良好的分辨率，其中在该空间角之内X射线才可以落入各个检测器元件。在理想的情况下，该被称为散射束光栅的装置仅仅允许在所使用的X射线管的焦点和各个检测器元件之间的直线连接上传播的X射线通过，并且吸收由杂散造成的在其它角度下入射的X射线。由于其形成的原因，散射不带有图像信息，并且如果其没有被衰减地到达检测器元件，则导致X射线图像的信噪比以及可以得到的分辨率的明显的恶化。通过使用适当的散射束光栅可以明显地降低到达检测器元件的散射光的份量，从而才可以得到在许多情况下可用的X射线图像，其中，该散射束光栅通常与各个X射线装置的几何关系、特别是与X射线管以及X射线检测器的结构相匹配。

散射束光栅是由众多通过填充材料和载体材料相互分开的、X射线的吸收元件组合而成的，这些吸收元件或者相互平行或者向着一个共同的焦点(即X射线管的焦点)取向。目前，在X射线CT设备中通常还是使用具有几乎相互平行排列或者向着X射线焦点取向的铅薄板的散射束光栅，在各个铅薄板之间设置了纸带作为填充和载体材料。在许多情况下将铅薄板的距离在散射束光栅的制造中这样调整，使得这些铅薄板在散射束光栅的使用中尽可能精确地位于检测器一侧的荧光材料阵列的分离间隔物(Trennsepten)上。因此，散射束光栅必须在机械上极其精密地制造。同样，部分实现的朝向X射线管的焦点的取向也要求费事的制造过程。由于这种对精度的高要求，散射束光栅的制造引起了高成本。利用这种散射束光栅不能实现，如同在二维检测器阵列的应用中所要求那样的、对于X射线的二维校准。

DE 19726846C1公开了一种散射束光栅，其中，相互平行取向的、在此同样是薄板型吸收元件的距离，从光栅的中心向着边沿连续地增加。同时，吸收材料的宽度向着边沿增大。通过散射束光栅的这种结构，可以实现在整个光栅宽度上尽可能一致的吸收特性。不过，在此也对加工的精确性提出了高要求。

DE 19920301C2公开了另一种散射束光栅，其中，吸收材料相对于中心按照间隔的顺序基本上径向地变化。在这种散射束光栅中吸收元件的分布和结构是按照一定的规则事先给定的。作为载体材料在此采用了其中对应于所希望的吸收材料的顺序分布而腐蚀出孔的硅。在这些孔中置入了由铅制成的销子状的吸收材料。这种散射束光栅也要求在加工中保持极其高的精度，该精度尤其可以通过所建议的、利用硅作为载体材料的加工技术来实现。

US 5263075A描述了一种允许对入射的X实现进行二维校准的散射束光栅。该散射束光栅由一个玻璃纤维束制成，由该玻璃纤维束腐蚀出单个的圆盘状的片段。单个玻璃纤维的核心是被腐蚀出的，从而为X射线形成毛细管状的通行管道。然后，还利用直至60％铅按照氧化铅的形式对玻璃材料进行掺杂，从而在通行管道之外实现了X射线吸收的提高。不过，在此所要求的腐蚀和掺杂的步骤也使得该散射束光栅的加工相对昂贵。

发明内容

从这些现有技术出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种散射束光栅以及一种允许低造价地制造该散射束光栅的方法。

上述技术问题关于散射束光栅是通过权利要求1解决的，而关于方法是通过权利要求21来解决的。

散射束光栅以及方法的优选的结构是从属权利要求的主题，并且可以从下面的描述以及从实施方式中获得。

按照公知的方式，本发明的散射束光栅是由众多通过填充和载体材料相互分开的、X射线的吸收元件组合而成，这些吸收元件是几乎相互平行或者向着一个共同的焦点取向的。该散射束光栅的特征在于，所述吸收元件不是如同现有技术中那样按照准确相同的距离或者按照特定的计算规则安排的，而是按照统计分布排列的。

这点使得基本上可以更低成本地制造这类的散射束光栅，因为在加工中不要求吸收元件的高精度地取向或者保持较窄的公差。通过吸收元件的统计分布，这类散射束光栅的使用也不会对于由此所产生的X射线图像的图像质量造成负面的影响，因为不会出现由于周期性结构引起的图像伪影。不过，在使用这类散射束光栅时(或者在制造时就已经)应该注意，吸收元件的宽度要小于单个检测器元件的检测面积的宽度，由此不能出现堆检测器元件的完全遮盖。不过，这点同样适用于已经公知的散射束光栅。

结合本发明，统计分布被理解为吸收元件的随机变化的距离，该距离是在制造过程中在散射束光栅宽度上在吸收元件的非强制分布中自然形成的。在此，单个的吸收元件自然必须是由强列吸收X射线的材料组成的，例如由例如铅、钨、钽或钼的重金属组成。也可以采用其它强列吸收X射线的材料(如填充有铅粉的塑料)作为用于吸收元件的材料。另一方面，填充和载体材料应该尽可能少地吸收X射线。这类材料的例子是诸如聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯的塑料。

优选地，吸收元件和填充和载体材料是粘接的，因为它是一种用于制造散射束光栅的极其简单和造价低的技术。对于这样构造的散射束光栅的功能来说，已经表明优选的是：吸收元件的填充率(即，在散射束光栅的所有体积中吸收元件的体积部分)为5％至30％，因为利用该值可以在不必忍受对携带图像信息的X射线明显衰减的条件下实现充分的校准。

在此，散射束光栅本身可以是作为平板的形式构成的，其中，吸收元件基本上是平行地取向的。不过，也可以对这种按照平板形式制造的散射束光栅这样地进行机械变形，即，使得其构成近似于碗形弯曲的板，其中，吸收元件至少近似地向着球心取向，该球心在散射束光栅的使用中应该与X射线管的焦点一致。这种类型的变形恰恰可以在使用塑料作为填充和载体材料条件下容易地实现。

本发明的散射束光栅可以用于所有要求对X射线进行校准的应用中。不过，优选的应用领域在于医疗X射线装置、特别是计算机断层造影。通过采用与散射束光栅的表面垂直取向的、杆状或纤维状的吸收元件来替代薄板或薄膜类型的吸收元件，也可以实现二维的统计分布，从而实现二维的校准。由此，本发明的散射束光栅除了单行的检测器阵列之外，还适合于二维的检测器阵列。尤其是，本发明的散射束光栅也可以用于大面积的X射线检测器。

在一种特别优选的结构中，吸收元件是由强列吸收X射线的材料制成的单个的纤维构成的。按照同样的方式，将由尽可能被X射线穿透的材料制成的纤维用作填充和载体材料。通过两种纤维类型的简单混合和粘接，得到一种纤维束，可以将该纤维束垂直于纤维轴切细或锯细为单个的盘，这些盘构成散射束光栅。在此，代表着吸收元件的纤维优选地具有等于0.2mm的纤维直径，优选地处于10μm和200μm之间，从而其在各种情况下要比常规检测器元件的宽度更薄。

用于制造本发明的散射束光栅的方法的特征首先在于，将吸收元件与填充和载体材料这样连接成散射束光栅：使得在该散射束光栅的宽度上形成该吸收元件的统计分布。

本发明的散射束光栅在使用中仅仅设置在检测器阵列之上，或者固定在其上，而不必考虑与检测器阵列的单个检测器元件或像素的对应。因此，这类也省略了定位的开销。

附图说明

下面根据结合附图的实施方式，再次对本发明的散射束光栅以及有关的制造方法进行示例性的说明。图中：

图1表示由单个纤维构成的本发明的散射束光栅结构的例子；

图2A至2C表示用于制造本发明的散射束光栅的各个制造步骤的例子；并且

图3表示按照碗形弯曲的板的形式构成的散射束光栅的例子。

具体实施方式

图1示出了本发明的散射束光栅1的结构的例子，其对应于在一个单一的大约1mm2大小像素之上的截面，即，示例性检测器元件的检测面积6。在此，单个的吸收元件是由相互平行取向的、由重金属构成的金属纤维2所构成的，该金属纤维置入作为填充和载体材料的塑料纤维3之间。从该图中可以看出金属纤维2在散射束光栅1的示出的表面内部的统计分布。塑料纤维3对于有关的X射线来说基本上是透明地构成的，而金属纤维2则强列地吸收该X射线。携带着所希望的图像信息的、垂直于散射束光栅1的表面入射的X射线量子，近乎不被衰减地穿透塑料纤维3并且入射到位于其下的检测器像素或荧光材料像素，从而被检测器元件采集。反之，倾斜入射的散射束量子5在通往检测器的路径上遇到多个高度吸收的金属纤维2，从而被吸收。

由于在散射束光栅1内部作为吸收元件的用于吸收的金属纤维2的非结构化安排，不要求散射束光栅1在检测器阵列的单个像素上的精确的定位。纤维2的该非结构化安排使得可以极其低成本地制造这种散射束光栅，如在下面图2A至2C中示例性解释的那样。

为了加工如图1中的散射束光栅，从具有较低X射线吸收的材料(例如由聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯制成的聚合物纤维)制备纤维3，以及从其它的具有较高X射线吸收的原材料制备金属纤维2。将纤维2、3按照可以预定的混合比率(特别是高吸收的纤维2的填充率优选为5％和30％之间)相互混合，并且制备成如在图2A中可以看出的纤维堆7。将纤维堆7利用粘合剂11浸湿，以便将纤维连接成纤维联合体8。通过纤维2、3的混合在纤维堆7的内部形成了强列吸收的纤维2的统计分布。

在制造了纤维联合体8之后，将其与纤维方向垂直地分配成单个的盘，这些盘构成了散射束光栅1。在此，图2B示出了锯细片段9，图2C示出了通过该锯细的盘形成的、作为纤维联合体的散射束光栅。按照这种方式，形成了用于二维校准的散射束光栅，其在散射束光栅的宽度之上具有吸收元件的一种统计分布，如在图1中的断面中可以看出的那样。

除了按照这种方式以平板形式构成的散射束光栅之外，还可以按照近似碗形弯曲的形式构成的板来制造散射束光栅，如在图3中示例性示出的那样。这类散射束光栅1是通过借助于机械装置对图2的散射束光栅进行变形而实现的。因此，通过适当的变形可以实现吸收元件的校准、即对准有关X射线装置的X射线焦点10。

Claims (14)

1.一种散射束光栅，尤其是用于X射线装置的散射束光，其由众多通过填充和载体材料(3)相互分开的、X射线的吸收元件(2)组合而成，这些吸收元件是几乎相互平行或者向着一个共同的焦点(10)取向的，

其特征在于，所述吸收元件(2)是以统计分布排列的。

2.根据权利要求1所述的散射束光栅，其特征在于，所述吸收元件(2)是由强列吸收X射线的材料制成的单个的纤维(2)。

3.根据权利要求2所述的散射束光栅，其特征在于，所述由强列吸收X射线的材料制成的纤维(2)具有等于0.2mm的纤维直径。

4.根据权利要求2或3所述的散射束光栅，其特征在于，所述填充和载体材料(3)由尽可能被X射线穿透的材料制成的纤维(3)构成。

5.根据权利要求4所述的散射束光栅，其特征在于，所述由强列吸收X射线的材料制成的纤维(2)和由尽可能被X射线穿透的材料构成的纤维(3)是几乎相互平行或者向着共同的焦点(10)取向的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的散射束光栅，其特征在于，所述吸收元件(2)与填充和载体材料(3)是相互粘接的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的散射束光栅，其特征在于，所述吸收元件(2)与填充和载体材料(3)是按照一个在散射束光栅(1)中的体积比例出现的，该体积比例形成吸收元件(2)的介于5％和30％之间的填充率。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的散射束光栅，其特征在于，所述吸收元件(2)是由金属材料构成的，而填充和载体材料(3)则是由塑料构成的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的散射束光栅，其特征在于，所述散射束光栅(1)是作为平板的形式构成的，其中，所述吸收元件(2)至少接近于与板平面垂直地取向。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的散射束光栅，其特征在于，所述散射束光栅(1)是作为近似于碗形弯曲的板的形式构成的，其中，所述吸收元件(2)向着球心取向。

11.一种用于制造上述根据权利要求中任一项所述的散射束光栅的方法，其中，将吸收元件(2)与填充和载体材料(3)这样连接成散射束光栅(1)：使得在该散射束光栅(1)的宽度上形成该吸收元件(2)的统计分布。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将作为吸收元件(2)的、由强列吸收X射线的材料制成的纤维(2)，与作为填充和载体材料(3)的、由尽可能被X射线穿透的材料制成的纤维(3)混合，由该混合后的纤维构成纤维堆(7)并且连接成纤维联合体(8)，以及该纤维联合体(8)垂直于混合纤维(2，3)的纤维轴地被细分为单个的盘。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述由强列吸收X射线的材料制成的纤维(2)和由尽可能被X射线穿透的材料制成的纤维(3)按照这样一个比例混合，即，由强列吸收X射线的材料制成的纤维(2)形成介于5％和30％之间的填充率。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述吸收元件(2)与填充和载体材料(3)是相互粘接的。

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