CN100523796C - 用于x射线装置的抗散射格栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于X射线装置的抗散射格栅以降低待检测物体内产生的散射辐射，该格栅包括多个吸收散射辐射的吸收叠层和对于X射线透明的通道介质，该通道介质布置于吸收叠层之间。特别地，为了简单和精密制造这种抗散射格栅该通道介质，并且使初级辐射尽可能少地衰减而散射辐射尽可能度多地被吸收，按照本发明，采用非弹性高电阻泡沫材料，特别是聚甲基丙烯酰二酰亚胺作为通道介质。本发明还涉及一种例如，用于单光子发射极或正电子发射极的准直器，其中非弹性高电阻泡沫材料还被用作层叠之间的通道介质。

Description

用于X射线装置的抗散射格栅

技术领域

本发明涉及用于X射线装置的抗散射格栅，该格栅用来降低待检测物体中产生的散射辐射。该格栅包括多个吸收层叠以吸收散射辐射以及设置在吸收层叠之间的通道介质，该介质对X射线是透明的。本发明还涉及单光子发射极的准直器，该单光子发射极包括多个层叠以形成准直器通道并且在层叠之间设置有通道介质。

背景技术

利用X射线辐照待检测物体，在待检测物体中，例如病人，不仅有初级辐射产生，而且有散射辐射产生，使得“散射雾”叠加在X射线图像上。由于这种额外的曝光，降低了X射线图像的对比度，其降低程度取决于散射辐射强度，而且也降低了有待成像细微处的信噪比。

为了降低散射辐射，因此，X射线装置设置有抗散射格栅，该格栅设置在待检测物体与X射线探测器之间，它使发散自X射线管焦点的初级辐射通过，但是基本上吸收来自待检测物体的以不同角度入射在吸收层叠上的散射辐射。

从美国专利US 1,164,987中已知这种X射线装置。该吸收层叠通常采用具有小体积和高吸收率的铅制成。吸收体之间的通道介质是纸、纤维或者铝。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗散射格栅，其中尽可能地抑制散射辐射，并且最大限度地透过初级辐射。另外，该散射格栅的制造在几何精度方面应当尽可能简单而且花费不多。根据本发明利用所提出的抗散射格栅实现了这一目标，该格栅的特征在于：通道介质是一种非弹性的高电阻的泡沫材料(foam)。

本发明是基于对以下事实的认识：空气是一种理想的通道介质，而且必须以机械上刚性和准确定位的方式设置吸收层叠以便获得尽可能高的均匀性。目前已经发现非弹性高电阻的泡沫材料是一种满足上述要求的理想材料。因为这种泡沫材料的密度大约比纸的密度低15-30倍，所以这种泡沫材料对初级辐射具有高的穿透率。另外，由于这种材料的形状稳定并且该材料适合进行加工，所以可以获得高的机械精度以设置吸收层叠。另外，还可以实现所需的大量的散射格栅的线，即：可以实现每长度单位(例如：厘米)上有大量的吸收层叠。而且由于没有将吸收层叠与通道介质粘接在一起，所以在制造过程中可以修复制造缺陷。另外，该通道材料价格非常便宜。

最好，采用聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide)高电阻泡沫材料作为通道介质，例如，采用注册商标名为

的泡沫材料。该材料可以在快速木材或塑料加工机器上进行加工，例如劈开、切割、研磨或碾磨。允许使用润滑剂。在完成加工(在加工后，这些通道元平行)，例如通过冷压之后，可以将最终形状和最终尺寸大小赋予通道元。也可以利用热变形和接合或者树脂化来获得最终形状。因此该材料使得制造基本上具有与采用空气作为通道介质的抗散射格栅相同性质的抗散射格栅。

在另一个优选实施方案中的通道介质包括单独的预成形通道元，每一次在二个吸收层叠之间设置一个通道元。所以将通道元成形并随后与吸收层叠组合，从而形成抗散射格栅，可以通过粘接或者在其它的优选实施方案中利用框架将部件安装在一起的方式实现该部件。

另外一种情况，原则上还可以利用锯、热水喷射、激光或者热丝在一个大块的高电阻泡沫材料中形成单独的狭缝，并且随后将吸收层叠安装在所述狭缝中。这些狭缝既可以平行延伸也可以放射状延伸。

可以将抗散射格栅构建成平板状抗散射格栅，其中将吸收层叠平行设置。但是，最好将抗散射格栅构建成聚焦的抗散射格栅，其中每一次将吸收层叠沿着通过X射线源焦点的延伸线对准。为此目的，最好将所述预成形通道元加工成圆锥状，以合适的倾斜度构成同心。还可以进行以下布置，使得格栅总体不是呈现平板状而是弯曲状，从而形成一个球形帽，因此使得相对于X射线源焦点的聚焦更佳，从而获得更高的均匀性。

在另一个优选的实施方案中，将单独的通道元配置成格栅的形式。这意味着将零部件最好通过(平行地或者圆锥状地)，从单独的，相当平的，伸长的通道元中清除，这样从侧面观察垂直于初级辐射的方向)，通道元构成一种格栅或网络。因此能更好地吸收散射辐射。

本发明还涉及用于受检物体的X射线成像的装置，如上所述该装置包括X射线源、X射线探测器和抗散射格栅，该格栅设置在受检物体与X射线探测器之间。这种X射线装置既可以是常规X射线系统，例如，投影成像X射线系统或者C臂X射线系统，也可以是计算机断层成像系统。

本发明还涉及一种准直器，特别是，用于单光子发射极的γ照相机(SPECT)的准直器或者正电子发射极(PET)。非弹性高电阻泡沫材料还可以有利地用作这种准直器中的通道介质(例如为了减轻重量)，这种准直器包括多个构成准直器通道的层叠以及还包括位于该层叠之间的通道介质。这种准直器可以特别地只将部分发散自待检测物体的γ量子传送到位于准直器后的γ照相机。只有实际上垂直入射在受检物体的准直器表面的量子穿过准直器，而以一个角度入射的γ量子在准直器壁被吸收。为了获得尽可能精确的层叠布置并且最大限度降低透射γ量子的吸收，可以将所述非弹性高电阻的泡沫材料用作通道介质，特别地还可以采用其商标名为

的聚甲基丙烯酰亚胺高电阻泡沫材料。该准直器可以具有线性或格栅状结构呈平行或聚焦的形式。

最终，本发明还涉及γ照相机、利用γ照相机对辐照物体成像的单光子发射极，γ照相机设置有所述种类的准直器以限定图像的投影方向以及正电子发射极。

附图说明

以下将参考附图对本发明作详细描述。其中：

图1是已知的设置有抗散射格栅的X射线系统的示意图，

图2示出了根据本发明的抗散射格栅，

图3示出了根据本发明的抗散射格栅的单独的通道元，

图4是根据本发明的通道元的侧视图，

图5是带有γ照相机的单光子发射极示意图，

图6示出了用于单光子发射极的根据本发明准直器的各种实施方案，和

图7用于正电子发射极的探测器的示意图。

具体实施方式

图1是设置有抗散射格栅的X射线系统示意图。

X射线束流3从X射线管1的焦点2照射到待检测物体4，例如病人上。随后穿越受检物体4的X射线入射在X射线探测器6上。抗散射格栅5基本上包括吸收层叠51和设置在吸收层叠51之间的通道介质52。该吸收层叠通常采用具有X射线高吸收率和小体积的铅制成，并且这些层叠直接朝向焦点2。通道介质52通常包括纸或者铝，以对X射线具有尽可能高的穿透率。

抗散射格栅5基本上用透过穿透待检测物体4的初级辐射7，这样该辐射可以入射在X射线探测器6而不被进一步吸收，而尽可能完全抑制产生于待检测物体4中的散射辐射，这样该散射辐射不会入射在X射线探测器上。如图所示，从待检测物体4散射辐射8以不同的角度发散出来并入射在吸收层叠51，其中高角度的散射辐射被吸收。

图2示出了一个根据本发明构建的抗散射格栅。该图还示出带有通道介质52的吸收层叠51，其中该吸收层叠设置在该介质之间。另外如图所示，利用合适的框架53将该抗散射格栅布置成弯曲形状，这样所有吸收层叠均指向焦点或者沿穿过焦点方向延伸的直线，即垂直于图1中的图平面。按照本发明，非弹性高电阻的泡沫材料，特别采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)，例如商标名为的泡沫材料作为根据本发明的通道介质52。

根据本发明的抗散射格栅最好利用平行狭缝，例如通过锯或碾磨被制造成高电阻的泡沫材料的非弯曲块、准备用作吸收层叠的非常薄的薄膜，该薄膜采用例如铅、钨、钼、钽、铜或其它吸收X射线的材料制成以及尽可能插入到所述狭缝中。

因为高电阻泡沫材料是非弹性的，因此该狭缝能够非常精确地在指定位置形成，也就是说：即使在距离和尺寸小的情况下，通常是微米范围，也能实现。随后，利用框架53将图中所示的弯曲形状传达给通道介质52和已经插入的吸收层叠51，通过合适的框架维持所述形状。该狭缝还可以被切割和碾磨以便呈圆锥形地延伸。

可以将如图2所示的抗散射格栅用于CT系统，在这种情况下，框架53和探测器也可以是弯曲的。

在图3所示的本发明的可选的实施方案中，单独圆锥通道元采用高电阻泡沫材料制成，如果采用这种材料，可以非常精确地加工该通道元。该吸收叠层设置在所述通道元54之间并且该部件被压在一起，从而制成图2所示的这种包括多个通道元54和吸收层叠的抗散射格栅。

通道元54和中间吸收层叠51既可以相互粘接在一起，也可以通过框架53被压在一起，但后一种是优选结构。一个实施方案中的通道元54在薄的一端其厚度d1例如是490微米，而在厚的一端的厚度d2为500微米。

图4是单个通道元54的侧视图。从通道元54冲出内三角区542，这样总体上仅仅连接剩余的高电阻泡沫材料的部分541。所以，进一步降低了通道元54对初级辐射的吸收，而对次级辐射的吸收保持在相同的程度。如图所示的切出的三角结构542具备一个优点，即从上入射在通道单元54上的初级辐射，也就是说，在图4中观察，图平面中的向下发散与构成连接件541的高电阻泡沫材料横向地大约具有相同厚度。在一个实施方案中的通道元其高度h约为40毫米。只有在高度高的情况下，这种通道元才有效。

图5示出了带γ照相机的单光子发射极。在采用代谢制剂的核医学成像方法中，将不稳定核素注入到病人体内，所述的制剂随后以器官特定的方式富集。检测由身体发射出的相应衰变量子形成器官图像，该器官活性的时间变化使得可以根据其功能推算出信息。

SPECT(单光子发射计算断层成像)方法采用衰变并发射单γ量子的放射性核素。在待检测物体4内，注入的代谢制剂在器官41富集并且发射γ辐射10，11，所述γ辐射包括初级γ量子10和散射γ量子11。特别地初级γ量子10入射在γ照相机19。在所述照相机的入口处设置有准直器12，例如限定图像投影方向的平行准直器。只有实际垂直于该准直器表面入射的量子可以经过中间区122穿过准直器12，而以一个角度入射的量子被由层叠构成的准直器壁121吸收。该透射的量子随后入射到吸收物体41发出γ量子的NaI(Ti)单晶。其能量随后被转换呈多个可见光子14，这些光子通过光导体15被传导到一系列的光倍增器17。这些光倍增器的电输出信号16一方面被用来进行定位，即，确定晶体13中的吸收位置，另一方面在求和之后进行脉冲幅度分析。图5也示出一个相应的光倍增器17的输出信号18。

已经发现用作根据本发明的抗散射格栅中的通道介质的非弹性高电阻泡沫材料也可以用来制造γ照相机的准直器，因为这种照相机也需要层叠121的距离和对准的高精度，因为初级γ量子10在入射到晶体13之前应当尽可能少地被吸收。

因而所述高电阻泡沫材料可以被用作层叠121之间的通道介质122，其制造方法与上述的制造方法相同或者相似。该层叠可以采用例如铅制造。

图6a、b、c示出了准直器实施方案的实例。图6a、b涉及一维布置的聚焦层叠的扇形束流准直器，图6c示出了一个二维的弯曲准直器。

在交叉格栅的情况下，也可以仅采用这种高电阻泡沫材料构成包括层叠的格栅，因为形成于高电阻泡沫材料中的相应的交叉格栅(例如通过锯)，层叠121或硬化金属膏状物被加入到格栅中。经过硬化之后可以再次将位于层叠121之间的高电阻泡沫材料清除，以便在层叠之间存有空气。随后将该交叉格栅置于高电阻泡沫材料的平板件中。格栅的狭缝可以平行或圆锥状延伸。例如通过设置在下表面的纤维垫将高电阻泡沫材料截面固定在一起。狭缝加工完成之后，格栅是二维聚焦的，例如用于圆屋顶状的装置。该层叠材料设置在上述的位置。

图7示出一个正电子发射极(PET)的探测器。将探测器21配置成环并装入准直器20中，准直器20也做成环。层叠22(septa)采用铅箔制成并且在层叠之间的空间区又用上述的高电阻泡沫材料填充。又可以实现对所需γ量子的聚焦以及对不需要量子的吸收。但是在此，不对正电子发射极的已知运行进行说明。

Claims (9)

1.一种用于X射线装置以降低待检测物体内产生的散射辐射的抗散射格栅，该格栅包括多个吸收散射辐射的吸收叠层和对于X射线透明的通道介质，该通道介质布置于吸收叠层之间，其特征在于：该通道介质是非弹性高电阻泡沫材料。

2.权利要求1的抗散射格栅，其特征在于：该高电阻泡沫材料是聚甲基丙烯酰亚胺高电阻泡沫材料。

3.权利要求1的抗散射格栅，其特征在于：该通道介质设置有单独的、预成形的通道元，将该通道元布置在二个吸收叠层之间。

4.权利要求3的抗散射格栅，其特征在于：该通道元具有圆锥形状并且采用以下方式布置，即吸收叠层的延长部分在延伸穿过X射线源焦点的一条直线上彼此相交。

5.权利要求3的抗散射格栅，其特征在于：将这些单独的通道元成形为格栅。

6.权利要求3的抗散射格栅，其特征在于：通过将通道元和叠层相互交替构成该抗散射格栅，通过框架而不是中间粘合剂将这些通道元和层叠相邻排列布置。

7.一种用于对待检测物体进行X射线成像的X射线装置，该装置包括X射线源、X射线探测器、和如权利要求1所述的抗散射格栅，该抗散射格栅布置在待检测物体与X射线探测器之间。

8.一种具有如权利要求1所述的抗散射格栅的准直器，用于单光子发射极或正电子发射极，该准直器包括多个形成准直器通道的层叠和设置在层叠之间的通道介质，其特征在于：该通道介质是非弹性高电阻泡沫材料。

9.一种设置有权利要求8所要求的准直器的γ照相机，该准直器用来限定辐射物体图像的投影方向。

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