CN101379568A - 抗散射装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于抑制散射辐射的抗散射装置。该抗散射装置包括多个x射线吸收层。所述抗散射装置还包括多个分隔层，使得每个分隔层设置在所述多个x射线吸收层中的任何两个之间，以便使所述多个x射线吸收层中的每一个保持在预定的取向上。此外，所述多个分隔层中的每一个包括多个未封闭的空穴，以减少入射到每个分隔层上的至少一部分上的x射线的吸收。

Description

抗散射装置、方法和系统

本发明涉及射线照相术领域。更具体而言，本发明涉及抗散射装置。

本发明还涉及一种抗散射装置的制造方法。

本发明还涉及抗散射装置的使用。

抗散射装置通常是附着到x射线成像装置的检测端上的可拆卸装置。通常位于对象和x射线检测装置之间的抗散射装置有利于消除由散射辐射在所生成的x射线图像中引起的背景模糊或对比度损失。将这些抗散射装置设计为有选择地允许初级和衰减的x射线在成像过程中通过对象，并吸收或阻挡散射辐射通过。典型的抗散射装置包括各自由隔离物材料隔开的x射线吸收材料的阵列。通常由铅制成的x射线材料的阵列以特定的角度进行取向，所述角度因具体的x射线成像系统而定。将所述隔离物材料设置成为抗散射栅格(anti-scatter grid)提供机械稳定性，并且防止x射线吸收材料的取向的改变。然而，随着抗散射装置的使用，必须提高x射线的平均功率水平。这是因为x射线吸收材料导致了x射线的吸收的增强。因此，在采用了抗散射栅格的情况下，提高了患者在成像过程中接收到的x射线的剂量。

美国专利No.6594342B2公开了一种用于射线照相术的抗散射装置的实施例。所公开的抗散射装置包括多个一般的辐射吸收元件和多个一般的非辐射吸收元件。所述多个一般的非辐射吸收元件包括多个空穴，并且希望非辐射吸收元件包括环氧树脂或聚合材料以及多个空的微球。所述文献还公开了一种用于形成抗散射装置的设备，其中所述设备包括用于使多个隔开的一般辐射吸收元件相对于辐射源对准的枢转臂和表面。

采用所公开的技术，使抗散射装置的制造变得困难并且昂贵。这是因为存在在一般的非辐射吸收材料中包括多个微球的特殊要求。此外，这些微球中的一些或全部有可能随着时间的推移而劣化，从而在抗散射装置中导致对散射辐射的吸收发生变化，或者不吸收散射辐射。这将导致所生成的图像的分辨率的下降。

因此，本发明的目的在于提供一种抗散射装置，所述抗散射装置提供了提高的图像分辨率。如权利要求1限定的本发明提供了实现这一目的的抗散射装置。在权利要求2到4中限定了该抗散射装置的进一步的优选实施例。

本发明的另一目的在于提供如权利要求5所述的抗散射装置的制造方法。权利要求6到8进一步限定了所述制造方法的优选实施例。

本发明的另一目的在于提供如权利要求9所述的抗散射装置的使用方法。

本发明的第一方面提供了一种用于抑制散射辐射的典型抗散射装置。如上文所释，在上下文中所使用的术语“辐射”应理解为x射线。抗散射装置包括多个x射线吸收层。所述抗散射装置还包括多个分隔层，使得每一分隔层设置在所述多个x射线吸收层中的任何两个之间，以便使所述多个x射线吸收层中的每一个保持预定的取向。此外，所述多个分隔层中的每一个包括多个未封闭的空穴，以减少对入射到每一分隔层的至少一部分上的x射线的吸收。可以在作为现有技术文献的美国专利No.6,594,342 B2中找到有关分隔层相对于x射线吸收层的预定取向的详细信息，将所述文献并入到本文中作为参考。

采用所述多个分隔层中的每一个上的多个未封闭的空穴可有利于进一步减少对入射到每一分隔层上的x射线的吸收，从而促进对x射线的正确检测。在分隔层上具有多个未封闭的空穴的另一优点在于，能够减少对象例如患者在成像过程中经受的x射线的剂量。换言之，对于对象接受的指定x射线剂量而言，采用在此实施的这种装置有助于生成具有提高的分辨率的图像。此外，所述装置还有助于减少患者接收到的x射线剂量的量。这是因为在采用抗散射装置的成像设备中，平均x射线功率水平比不采用抗散射装置的过程中的平均x射线功率水平高。然而，本领域技术人员应当认识到，抗散射装置是减少倾向于降低生成图像的分辨率的散射辐射的影响所必需的。

在本发明的另一实施例中，抗散射装置中的分隔层包括纤维材料。由于容易形成多个空穴，所以采用纤维材料是有利的，在采用机械和/或光学手段形成所述多个空穴时尤其如此，而且还由于可以容易地形成复合带，所以采用纤维材料是有利的。例如，在一个实施方式中，纤维材料可以是诸如棉纸的植物纤维材料。

根据本发明的另一方面，公开了一种制造用于抑制散射辐射的抗散射装置的方法。所述方法包括将第一结合材料施加在分隔物材料的第一表面上。所述方法还包括将至少一层x射线吸收材料经由第二结合材料附着到分隔物材料的第二表面上，以形成复合箔。所述方法还包括在每一分隔物材料的至少一部分上形成多个未封闭的空穴。所述方法还包括由复合箔形成多个复合带，并将每一复合带叠置到来自所述多个复合带中的另一复合带上。所述方法还包括对所叠置的复合带施加热量，以活化第一结合材料，从而以预定取向结合所述多个复合带。所述抗散射装置的一个优点在于，其造价低廉，因为其对目前使用的制造抗散射栅格的现有过程做出非常少的修改，然而却在与射线照相成像设备结合使用时提供了分辨率得到提高的生成图像。

分隔物材料对x射线的吸收通常低于x射线吸收材料对其的吸收。如前所述，在所述多个x射线吸收材料中的每一个之间采用分隔物材料，以使x射线吸收材料保持在所需的取向上。分隔物材料通常为纤维材料。例如，在某些实施方式中，分隔物材料例如可以是一种纸或类纸材料。然而，诸如塑料或一般不吸收x射线的任何其他材料的适当材料可以作为替代物，并且应当认为其落入本发明的范围内。除了尽可能少地吸收x射线的能力之外，分隔物材料的其他所需特性为能够为所述装置提供机械稳定性，并且不会随着时间的推移而劣化。

将第一结合材料施加到分隔物材料的第一表面上。例如，可以采用虫胶胶粘剂(shellac glue)作为第一结合材料。选择第一结合材料，使得能够在任何所需的时间点上将其加热活化。

采用第二结合材料将x射线吸收材料附着到分隔物材料的第二表面。将x射线吸收材料设置成吸收任何的散射辐射，即任何对正确图像的生成不起作用的衰减x射线。必须指出，在x射线通过对象时，大部分x射线被衰减，并沿着相同的入射方向穿过对象。然而，在穿过对象的过程中，一些x射线因散射而改变了方向。在某些情况下，x射线的能量可能发生能量降低。这些辐射被称为散射辐射，这是一种次级辐射的形式。

将具有位于两侧的第一结合材料和第二结合材料的分隔层以及经由第二结合材料附于分隔层的x射线吸收层的设置称为复合箔。在形成复合箔之前，在分隔层上形成多个未封闭的空穴。必须指出，可以在形成复合箔之前的任何时间点上在分隔层上形成所述多个未封闭的空穴。尽管分隔物材料层通常不吸收辐射，但是仍然有一定量的x射线被分隔物材料吸收。在每一分隔物材料层上形成未封闭的空穴进一步减少了分隔物材料对x射线的吸收。

然后复合箔切割成多个复合带。一旦形成复合带，就以一个位于另一个的顶部上的方式对它们进行叠置。应当指出，一旦完成叠置，每一复合带的x射线吸收层将与相邻复合带的第一结合材料接触。此外，显而易见的是，不管第一和第二结合材料如何，每一x射线吸收材料层实质上都夹在两层分隔物材料之间，反之亦然。如上所述，每一分隔物材料层的功能包括允许初级和衰减的x射线通过，为所述装置提供机械稳定性，以及使每一x射线吸收材料层保持特定的取向。

一旦形成叠层，就对该叠层施加热量，以活化第一结合材料，由此使叠层中的每一复合带与其相邻的复合带结合，从而形成所述装置。

在本发明的另一实施例中，所述方法包括在施加第一结合材料之前在分隔物材料上形成多个未封闭的空穴。通过这种方式在分隔物材料上形成多个空穴的优点在于，有助于容易对分隔物材料进行处理。

在本发明的另一实施例中，所述方法包括在形成复合箔之前，但在施加第一结合材料之后在分隔物材料上形成多个空穴。在施加第一结合材料之后，但在形成复合箔之前在分隔层上形成多个空穴的优点在于，消除了在与x射线吸收材料的界面处的第一结合材料在分隔物材料中的突起。

在本发明的另一实施例中，所述方法包括通过机械手段、化学手段或光学手段中的至少一种形成多个未封闭的空穴。

在某一实施方式中，机械手段可以包括设置为在分隔物材料中冲孔的装置。在其他实施方式中，机械手段可以包括钻孔装置或锯切装置。在某一其他实施方式中，可以采用化学手段，利用本领域公知的蚀刻技术在分隔物材料上形成多个空穴。在某一其他实施方式中，还可以利用光学手段例如通过使用高强度激光在分隔物材料上形成多个空穴。应当注意，用于形成多个空穴的机械、化学或光学手段的选择取决于所要求形成的未封闭的空穴的尺寸和形状，还取决于分隔物材料。在分隔物材料上形成未封闭的空穴的优点在于，其能够在空穴的形成过程中实现更好的控制。此外，在某些实施方式中，可以通过这样的方式形成所述未封闭的空穴，即，允许不同尺寸的空穴根据要求存在于沿分隔物材料的不同位置上。

根据本发明的另一方面，公开了一种在数据采集装置中使用用于抑制散射辐射的抗散射装置的方法。所述方法包括提供附着在数据采集设备的检测表面上的抗散射装置，从而将所述检测表面设置成通过所述装置接收所发射的x射线的至少一部分。所述抗散射装置包括多个在预定的取向上设置的x射线吸收层和多个分隔层，使得每一分隔层设置在所述多个x射线吸收层中的任何两个之间，从而使所述多个x射线吸收层保持在预定的取向上。此外，每一分隔层包括多个空穴，将其设置成减少入射到所述多个分隔层中的每一个的至少一部分上的x射线的吸收。

通过参考下文所述的如附图所示的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。

图1是用于形成复合箔的不同层的典型设置的三维示意图；

图2是复合带的典型叠层的示意图，其中每个带包括x射线吸收层、分隔层、第一结合材料和第二结合材料；

图3是包括抗散射装置的典型x射线成像系统的示意图；

图4是具有多个空穴的典型分隔层的示意图；

图5是另一具有多个空穴的典型分隔层的示意图；

图6是另一具有多个空穴的典型分隔层的示意图；

图7是具有多个空穴的典型分隔层的示意图；

图8示出制造用于选择性通过x射线的抗散射装置的典型方法；以及

图9示出制造用于选择性通过x射线的抗散射装置的另一典型方法。

现在来看附图，并首先参考图1，其示出了构造并形成用于选择性通过x射线的抗散射装置的复合箔100的典型设置。复合箔100包括x射线吸收材料层110、分隔物材料层120、第一结合材料层130和第二结合材料层140。此外，如前所述，分隔物材料层120包括通常由附图标记150表示的多个空穴。

x射线吸收材料层110通常可以由铅构成。然而，随着技术的发展，可以采用任何适当的x射线吸收材料替代铅以获得类似的功能性，并且这样的替代应该理解为落入在此所述的本发明的范围内。在某些其他实施方式中，x射线吸收材料层110还可以由两种或更多种x射线吸收材料的组合构成。

尽管在当前所示的附图中，将多个空穴150示为沿着分隔物材料层120的特定轴进行取向，即沿着分隔物材料层120的较宽表面进行取向，但是应当注意，在本发明的某些其他实施方式中，可以沿着分隔物材料层120的任何其他平面取向设置多个空穴150。换言之，可以沿着分隔物材料层120的宽度形成多个空穴150。然而，对于下文中的所有讨论将考虑多个空穴150的前一种设置。在本文随后的部分中将对多个空穴进行详细的讨论。

第一结合材料130具有这样的特性，即，在其被施加之后，可以在随后的任何时间点上将其加热活化。这种结合材料的例子为虫胶胶粘剂。在本发明的一个典型实施例中，将第一结合材料130施加到分隔物材料层120的一个表面上，而将第二结合材料140施加到分隔物材料层120的另一相对的表面上。将第二结合材料140设置成使x射线吸收材料层110附着到分隔物材料层120。第二结合材料140可以不具有使其在随后的时间点上活化的特性。第二结合材料140的目的是牢固地附着x射线吸收材料层110和分隔物材料层120，并使这两层(110，120)相对于彼此保持特定的取向。所选择的第二结合材料的例子可以是环氧树脂胶。优选地，第一结合材料130和第二结合材料140应尽可能少地吸收x射线。

应当注意，x射线吸收材料层110和分隔物材料层120通常为具有相应厚度的箔片的形式。因此，一旦将前述这些层设置在一起，就会得到复合箔100，其具有在一侧暴露的第一结合材料层130、分隔物材料层120、第二结合材料层140以及在复合箔的另一侧具有暴露表面的x射线吸收材料层110。

可以通过各种方式，并以各种形状和尺寸形成多个空穴150。本领域技术人员将认识到，分隔层的材料在确定如何以及使用什么手段形成所述多个空穴方面起着重要作用。分隔层的一个期望特性是，其应当为抗散射装置提供足够的机械稳定性，并且还能够使x射线吸收材料层保持所需及预定的取向。这进一步意味着，分隔层应当不会因随时间的推移产生劣化而导致x射线吸收材料层的取向的变化。

可以通过化学手段、机械手段或光学手段形成多个未封闭的空穴150，并且在某些情况下，可以通过前述手段中的一种或多种的组合形成多个未封闭的空穴150。例如，在分隔层包括诸如棉纸的纤维材料时，机械手段将提供形成多个未封闭的空穴150的简便方式。机械手段可以包括以诸如纸张冲孔机的方式工作的装置，其具有所需的冲孔深度和冲孔形状。所述装置还可以配置为根据需要适应不同厚度和类型的分隔物材料。

在另一种实施方式中，可以通过化学手段形成多个未封闭的空穴150，例如，通过进行选择性化学蚀刻以形成具有所需形状和尺寸的空穴。通过适当地控制分隔物材料在不同种类的溶剂或气体中的暴露，可以控制空穴的形状和尺寸。

在某一其他实施方式中，可以采用诸如激光的光学手段形成多个未封闭的空穴150。采用激光的优点在于，能够容易地控制和调整多个空穴的精确度和所述空穴的准确的几何形形状。通常，在采用激光形成空穴时，可以利用微处理器加以控制，其中可以对所述微处理器进行动态编程以形成各种尺寸和形状的空穴，或者可以根据具体要求对所述微处理器进行预编程。

尽管本文中的上述部分详细讨论了多个未封闭的空穴的形成，但是还应当指出，在某些实施方式中，分隔物材料层可以包括多个薄片(slice)。在适当且准确地进行设置后，这些薄片可以在每一薄片之间留下空穴，从而在分隔物材料层中形成多个空穴。

回到对图1的讨论，随后将如此形成的复合箔100切割成多个复合带，使得每个复合带具有与复合箔相同的截面层。图2示出了形成抗散射装置200的典型叠层。抗散射装置200包括多个复合带210，每个复合带通常由附图标记210表示。由前述讨论可知，每个复合带将包括x射线吸收材料层215、分隔物材料层230、第一结合材料220和第二结合材料240。从图2可以明显看出，特定复合带210中的第一粘接材料层220将与其上方的另一复合带210上的x射线吸收材料层215接触。这样，通过将复合带210加到所述叠层上，能够形成用于选择性通过x射线并且具有特定尺寸的装置，其中每个复合带可以以特定的x射线入射角进行取向。特别应当指出的是，一旦按照特定取向设置复合带，将使每个复合带210中的第一结合材料220活化。可以通过各种方式实现第一结合材料220的活化。例如，在某一实施方式中，当第一结合材料220为虫胶胶粘剂时，可以通过向复合带的叠层提供热能而使第一结合材料220活化。虫胶胶粘剂被活化，并且每个复合带210都粘接到位于其上的复合带，从而形成代表能够用于选择性通过x射线的抗散射装置的刚性结构。应当特别指出的是，一旦形成刚性结构，就优选不再改变复合带的取向。

为了说明该叠层的使用，可以考虑如图3所示的典型x射线成像系统300。x射线成像系统300包括x射线源310和x射线检测器320。将它们安装在活动臂330上，以提供源310和检测器320在任何期望的区域上的移动性。成像系统300还包括患者台340。x射线检测器320具有安装于其上的抗散射装置350。抗散射装置350为可拆卸单元，并主要用于消除散射辐射在所生成的x射线图像内造成的任何背景模糊或对比度损失。抗散射装置350总是位于x射线检测器320与经受成像过程并处于患者台340上的对象360之间。

如前所述，通过采用根据本技术的不同方面的抗散射装置，显著降低了患者在成像过程中接收到的x射线剂量，而且如以下部分所述，这里实施的抗散射装置也较廉价。还值得指出的是，通常还将抗散射装置封装或密封，以便为其提供刚性的坚固外壳。采用碳纤维或碳复合材料进行封装的优点在于，抗散射装置对于x射线是透明的，不会对穿过其的x射线造成任何失真。此外，x射线源和x射线检测器之间的距离通常是恒定的。这是几乎总是根据每一特定x射线成像系统的设计要求定制设计抗散射装置的原因。这也是在抗散射装置的形成过程中不同的x射线吸收材料层和分隔物材料层不得不在特定的角度或方向上进行取向的原因。这意味着，无法在不同的x射线成像系统中使用针对某一特定型号的x射线成像系统设计的特定抗散射装置而获得类似或相等的效果。

图4示出了包括多个未封闭的空穴450的分隔物材料层400的一个典型实施例。如图所示，沿所限定的行和列设置多个未封闭的空穴450，在这种这种情况下所述空穴为圆形。采用这种设置的优点在于易于形成多个未封闭的空穴。图5到图7分别示出了分隔物材料层的不同实施例500、600和700，其中的每一个分别具有由多个未封闭的空穴550、650和750构成的特定图案。图5示出了多个圆形的、按照交错取向设置的未封闭的空穴550。这种交错的优点在于，能够在分隔物材料500的给定区域内形成更多的未封闭的空穴。然而，应当注意确保分隔物材料的机械刚度，从而不损害抗散射装置的机械刚度。

图6示出了分隔物材料600的实施例，其中未封闭的空穴为椭圆形，并且沿确定的行和列排列进行设置。尽管未示出，但是应当注意，也可以按照图5中针对圆形未封闭空穴的情况示出的交错排列设置椭圆形的未封闭的空穴。图7示出了分隔物材料700的典型实施例上的矩形未封闭空穴750的排列。所实施的这一排列的优点在于，能够最大化地利用空间以在分隔物材料700上提供未封闭的空穴750。

尽管前面的图4到7示出了描绘分隔物材料上的多个未封闭的空穴的各种形状和排列的各种典型实施例，但是应当认识到这些表示并非是限制性的。在某些典型实施方式中，分隔物材料可以具有未封闭空穴的已实施形状中一种或多种的组合，或者其可以包括本文中未示出的某些形状。这种能够获得与本文中给出的效果相类似的效果的差异应该理解为落入本发明的范围内。

图8示出了制造抗散射装置的典型方法。在所示的实施例中，所述方法包括在分隔物材料层的第一表面上施加第一结合材料。所述方法还包括在分隔物材料的至少一部分上形成多个未封闭的空穴。此外，所述方法还包括将至少一层x射线吸收材料经由第二结合材料附着到分隔物材料层的第二表面上，以形成复合箔。此外，所述方法还包括由复合箔形成多个复合带，并将每个复合带叠置在另一复合带的顶部上。最后，所述方法包括向每个复合带施加热量(热能)，以使第一集合材料活化，从而在预定的取向上结合多个复合带以形成抗散射装置。

如前所述，在某些其他实施例中，如图9所示的制造抗散射装置的另一典型方法可以包括在将第一结合材料施加在分隔物材料层的第一表面上之前，在分隔物材料层的至少一部分上形成多个未封闭的空穴的步骤。

本发明的方法的所述实施例中的顺序不是强制性的，在不背离本发明的原理的情况下，本领域技术人员可以改变步骤的顺序，或者采用线程模型、多处理器系统或多个工艺并行执行所述步骤。

应当注意，上述实施例旨在对本发明进行举例说明，而不是对其做出限制，并且本领域技术人员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计出很多可选的实施例。在权利要求中，任何放置在括号内的附图标记不应理解为限制所述权利要求。“包括”一词不排除权利要求中列举的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件前的词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。可以通过包括几个不同的元件的硬件，以及通过适当编程的计算机实施本发明。在列举几个装置的系统权利要求中，可以通过同一计算机可读软件或硬件实施这些装置中的几个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地采用这些措施的组合。

Claims (9)

1、一种用于抑制散射辐射的抗散射装置(200，350)，包括：

多个x射线吸收层(110，215)；以及

多个分隔层(120，230)，每个分隔层设置在所述多个x射线吸收层(110，215)中的任何两个之间，以使所述多个x射线吸收层保持在预定的取向上；所述分隔层(120，230)还包括：

在每个所述分隔层上形成的多个未封闭的空穴(150)，用于减少入射到每个所述分隔层的至少一部分上的x射线的吸收。

2、根据权利要求1所述的抗散射装置，其中所述多个未封闭的空穴(150)通过机械手段、化学手段、光学手段或其组合来形成。

3、根据权利要求1所述的抗散射装置，其中所述分隔层至少包括纤维材料。

4、根据权利要求1所述的抗散射装置，其中所述多个x射线吸收层(215)中的至少一个通过结合材料结合到所述多个分隔层(230)中的至少一个。

5、一种制造用于抑制散射辐射的抗散射装置(200，350)的方法，所述方法包括：

将第一结合材料(130，220)施加在分隔物材料层(120，230)的第一表面上；

将至少一层x射线吸收材料(110)通过第二结合材料(140)附着到所述分隔物材料层(120，230)的第二表面上，以形成复合箔(100)，所述第二表面不同于所述第一表面；

在所述分隔物材料(120，230)的至少一部分上形成多个未封闭的空穴(150)；

由所述复合箔(100)形成多个复合带(210)；

将来自所述多个复合带中的每个复合带(210)叠置在来自所述多个复合带中的另一个复合带上；

对所叠置的复合带施加热量，以活化所述第一结合材料(130)，并在预定的取向上结合所述多个复合带。

6、根据权利要求5所述的制造抗散射装置的方法，所述方法包括在施加所述第一结合材料(130，220)之前形成所述多个未封闭的空穴(150)。

7、根据权利要求5所述的制造抗散射装置的方法，所述方法包括在形成所述复合箔之前但在施加所述第一结合材料(130，220)之后，形成所述多个未封闭的空穴(150)。

8、根据权利要求5所述的制造抗散射装置的方法，所述方法包括通过机械手段、化学手段或光学手段中的至少一种处理所述分隔物材料层(120，230)，以形成所述多个未封闭的空穴(150)。

9、用于抑制散射辐射的抗散射装置(200，350)在x射线成像设备(300)中的应用，所述应用包括：

提供附着在所述x射线成像设备的检测表面上的抗散射装置(350)，将所述检测表面设置为接收由所述x射线成像设备发射并且通过所述抗散射装置的x射线的至少一部分，所述抗散射装置还包括：

在预定的取向上设置的多个x射线吸收层(215)；

多个分隔层(230)，每个分隔层设置在所述多个x射线吸收层中的任何两个之间，并且设置为使所述多个x射线吸收层保持在预定的取向上；其中每个分隔层包括：

多个未封闭的空穴(150)，其设置为减少入射到所述多个分隔层中的每一个上的至少一部分上的x射线的吸收。

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