CN101416254A - 用于制造准直仪的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造包括X射线透射基板的准直仪的方法。该创造性方法包括以下步骤：在所述基板内形成狭槽，该狭槽具有第一侧壁和第二侧壁；用X射线吸收材料填充所述狭槽，使得所述吸收材料从所述第一侧壁延伸到所述第二侧壁；去除所述X射线吸收材料的一部分，从而形成第二狭槽，该第二狭槽从剩余的吸收材料延伸到所述第二侧壁；用X射线透射材料填充所述第二狭槽；去除所述X射线透射材料的一部分，从而形成第三狭槽，该第三狭槽从剩余的透射材料延伸到所述第二侧壁；以及最后用X射线吸收材料填充所述第三狭槽。根据本发明能制造具有任何理想厚宽比的准直仪。

Description

用于制造准直仪的方法
技术领域
本发明涉及X射线检测器的领域，具体涉及如权利要求1的前序部分限定的用于制造准直仪的改进方法。
背景技术
医疗成像对于许多疾病的及早诊断来说是非常重要的，为此广泛使用了X射线检测器。诸如骨骼、肌肉和脂肪的不同类型组织对X射线辐射的吸收率不同，从而形成供医师为了诊断目的而加以判读的图像。尽可能准确地获取图像的重要性不言而喻。另外，X射线辐射在剂量较大时是有害的，从而使检查过程中病人所受到的X射线剂量最少是非常重要的。
在图像精确性方面，准直仪或光阑或孔构成了X射线设备的重要部分。准直仪是包括显著吸收X射线辐射、用来选通或准直光束并屏蔽散射辐射的材料的装置。其设计成对射线流进行过滤，使得只有那些沿着一定方向进入到准直仪开口的射线可通过，而所有其他射线被吸收。在没有准直仪的情况下，来自所有方向的射线都会照到病人，从而带来不必要的高辐射剂量。因此使用准直仪确保了只有有用的X射线能照到病人，因此降低了辐射剂量。而且，准直仪能可用来产生较窄的X射线层或束，从而提高了一些类型的X射线检测器的位置分辨率，在这些类型的X射线检测器中，由入射X射线束的宽度而不是X射线检测器的像素大小决定位置分辨率。
通常，准直仪是某些辐射吸收材料(例如，铅)的厚片材，其上通过机械加工或蚀刻而形成有一个或若干个细的狭槽。为了获得高质量的图像并使病人受到的辐射剂量最小，在制造准直仪时要考虑若干方面。虽然从材料消耗以及相关成本的方面来考虑，而且因为较轻的准直仪更容易操作，制成准直仪的片材比较薄是有利的，不过为了有效吸收X射线，制成准直仪的片材不能太薄。制造准直仪的一个难点在于底切，即，在垂直推进蚀刻时产生的横向蚀刻。材料越厚，底切问题就越突出，即，难以增加片材的厚度并维持小而均匀的狭槽。片材的厚度与狭槽宽度的比率称为厚宽比。然而，较薄的片材带来准直仪生产中的其他困难，这是因为与较厚的材料相比，较薄的材料更加趋于翘曲，从而尺寸会改变，这会影响准直仪的精度。而且，由于不利的辐射将透射准直仪，导致图像质量降低并还导致病人受到更高剂量的辐射，从而太薄的准直仪不可行。
准直仪应该使从X射线源非散射发出的大致平行的辐射通过，并吸收例如已经在X射线源和准直仪之间散射的不平行辐射。为了达到第二要求，片材应具有足够的厚度来吸收不平行的辐射。
而且，准直仪的制造是需要高准确度和高精度的工作，其包括形成尺寸小至微米范围的狭槽，而且难以获得足够的准确度。此外，这样的精细工作的成本是非常高的，并要求昂贵的工具，这使得X射线设备的成本大幅度提高。
准直仪可制造为垂直或水平的薄层状结构，即，独立地制备多个薄层，其中每个薄层都具有理想的型式。从而避免了与底切相关的困难。然而，精度仍然不够，这是因为难以将不同的层上下叠置而维持一定的精度。
所有上述与准直仪的制造相关的因素和困难最终都影响了X射线设备的性能，从而需要有一种制造准直仪的改进方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造准直仪的改进方法，具体而言，提供一种生产具有足够精度的准直仪的更加灵活的方法，并消除了诸如叠置层的繁琐步骤或者例如由于底切而导致精度降低的步骤，因而克服了现有技术的缺点。
另一目的在于提供一种能根据对准直仪的需要而定制准直仪的改进方法，具体而言，提供一种具有高精度的方法，通过该方法可为任何理想厚度的准直仪维持准直仪的精度。
另一目的在于提供一种成本低的方法来制造准直仪，从而形成廉价的准直仪，并因此降低X射线设备的成本。
这些以及其他目的是通过权利要求1特征部分限定的制造准直仪的方法实现的。
根据本发明，提供了一种用于制造包括X射线透射基板的准直仪的方法。该创造性方法包括以下步骤：在所述基板内形成狭槽，该狭槽具有第一侧壁和第二侧壁；用X射线吸收材料填充所述狭槽，使得所述吸收材料从所述第一侧壁延伸到所述第二侧壁；去除所述X射线吸收材料的一部分，从而形成第二狭槽，该第二狭槽从剩余的吸收材料延伸到所述第二侧壁；用X射线透射材料填充所述第二狭槽；去除所述X射线透射材料的一部分，从而形成第三狭槽，该第三狭槽从剩余的透射材料延伸到所述第二侧壁；以及最后用X射线吸收材料填充所述第三狭槽。根据本发明能制造具有任何理想厚宽比的准直仪。通过本发明的方法，无需层叠，从而消除了与对准不同层相关的精度误差。而且，通过本发明能以有效和低成本的方式制造准直仪，生产价格低的准直仪。
根据本发明的一实施方式，去除所述X射线吸收材料的一部分的所述步骤包括以下子步骤：通过切削工具在深度上去除X射线吸收材料的一部分；横向移动所述切削工具；以及通过所述切削工具在深度上去除X射线吸收材料的另一部分。通过分若干小的去除步骤来实现材料的去除，避免了与底切相关的问题，从而能提供高性能的准直仪。根据本发明的实施方式，重复这些步骤直到获得理想的狭槽深度。
上述去除步骤也同样能用于去除X射线透射材料，从而获得相同的优点。而且，根据这些子步骤的实施方式，所述切削工具的横向运动在1至1000微米的范围内。每一切削步骤中进行的切削的深度可例如在1至1000微米的范围内。从而能形成高精度的狭槽，狭槽的侧壁具有非常低的Ra值。
根据另一实施方式，所形成的狭槽具有倾斜表面，从而形成角形狭槽。所述狭槽、即X射线透射部分的宽度能在1微米至1厘米的范围内，优选为1至1000微米，最优选为10至100微米，而基板的厚度可选择为在任何范围内。从而能形成具有任何理想厚宽比的准直仪。
根据本发明的另一实施方式，可利用任何X射线透射材料，例如，碳或塑料或任何其他低原子序数材料或低原子序数材料的混合物。同样，能利用任何合适的X射线吸收材料，例如，钨，铅，金，铜或任何其他高原子序数材料或高原子序数材料的混合物。因此提供了最灵活的方法，其使得能采用通常使用和容易获得的材料，而且使得能利用针对特定用途的材料，而无需改变制造方法。
根据本发明的另一实施方式，形成若干狭槽，每个狭槽具有理想的倾斜度。所述狭槽可具有不同的倾斜度，即，准直仪能具有倾斜度不同的狭槽，从而使得能针对任何理想的应用而定制准直仪。
从以下对优选实施方式的详细描述以及附图1至8将明了本发明的其他特征和优点，这些描述和附图是仅以示例的方式给出的，不应理解为是对本发明的限制。
附图说明
图1a至图1f示出了根据本发明的实施方式的方法中涉及到的不同步骤。
图2a至图2d示出了图1b至图1c所示步骤的子步骤。
图3a至图3d示出了图1d至图1e所示步骤的子步骤。
图4示意性示出了图2a至图2d的子步骤。
图5为制造准直仪的本发明方法的步骤的流程图。
具体实施方式
图1a至图1f示出了用于生产准直仪1的方法的一实施方式的步骤。根据本发明的准直仪1制造开始于碳纤维、塑料或任何合适的X射线透射材料制成的基板2。该基板应具有足够的刚性，以能够容易加以操作，而且能具有任何理想的尺寸，例如为50×50cm以上、1×1m以下，例如为10×10cm。
在第一步骤中，如图1a所示，例如通过蚀刻、切割、车削或研磨形成具有侧壁3a和3b的第一狭槽3。第一狭槽3能具有任何理想的宽度；适于X射线的医疗用途(例如乳腺X线照片或普通的身体X射线成像)的通常宽度为1至10000微米，优选为10至500微米。
接着，如图1b所示，用吸收理想能量的X射线的材料4填充第一狭槽3。例如，在X射线的医疗应用中，合适的材料为钨(W)、铅(Pb)、金(Au)、铜(Cu)或任何其他高原子序数材料或高原子序数材料的混合物，然而，应理解的是，能使用吸收X射线的任何材料或合金。所采用的该填充材料还能是与结合材料(例如胶或塑料)混合在一起的呈粉末或颗粒形式的吸收材料的混合物。第一狭槽3的深度可以符合所需应用的要求。例如，如果准直仪1用于医疗X射线应用，则对病人能受到的X射线辐射的剂量有一定要求，从而应使第一狭槽3的深度能实现对X射线的充分吸收。所需X射线吸收材料的厚度随着X射线束的所需能量而增加。
之后，如图1c所示，切除X射线吸收材料4的一部分，从而形成新的狭槽5。该切割优选在X射线吸收材料4上留下倾斜表面，最终形成具有角形狭槽的准直仪。例如在使用方向敏感的检测器时，或者对于以锥形束的几何方式发出X射线的X射线源(例如在大多数医疗、工业或安检X射线应用中的那样，其中X射线是从小的点状源发出的)而言，形成具有角形狭槽的准直仪有一些优点。
接着，如图1d所示，用X射线透射材料6填充狭槽5，该材料例如为碳(C)、环氧树脂胶或塑料或任何其他低原子序数材料。能使用理想能量的X射线可透射的任何合适材料，而且材料的原子序数越低，给定能量的X射线就越容易穿过。
如图1e所示，接下来的步骤包括切除一部分在先前步骤中形成的填料，在本示例中即为切除一部分X射线透射材料6，从而形成狭槽7。同样剩余材料6优选留下倾斜表面。
参照图1f，接着用X射线吸收材料8填充狭槽7，该材料优选为与以上参照图1c描述的步骤中使用的材料相同的材料。
至此对本发明方法的描述被简化，并仅仅示出了大体思想。如在说明书的介绍部分所阐述的那样，在将准直仪制造成为更厚时，因为在竖直蚀刻时产生的横向蚀刻，从而难以维持准直仪的精度。这称之为底切。为了避免底切问题，并因此克服现有技术的困难，分若干小的去除步骤来执行图1b所示步骤中的材料去除，从而简化了图1c所示的步骤。因此，后退几步：现在将参照图2a至2d更加详细地描述关于图1b和图1c描述的X射线吸收材料的去除。
图2a至图2d示意性示出了去除X射线吸收材料4从而形成狭槽的步骤。在图2a中示出了第一去除子步骤，基板2内形成有狭槽，该狭槽内填充有X射线吸收材料4。如图所示，深度上的去除是分为很小的步骤进行的，从而在每一步骤中，仅仅有一小部分待去除的材料在深度上被去除。可以以最适合特定应用的方式将孔设置在X射线吸收材料4内。接着，如图2b所示，横向移动切削工具以切除更多的X射线吸收材料4。如图2c和2d所示重复这些去除步骤，直到获得理想的孔深度位置。可以看到，不能使所采用的切削工具的横向移动无限小，并且表面光滑度取决于移动的大小。优选使每一切削步骤的深度不会产生横向切削。
图3a至图3d示意性地以与以上参照图2a至2d所述方式对应的方式示出了去除X射线透射材料6从而最终形成孔的步骤。
图4示出了图3a至图3d的子步骤的另一示例性图示。图4还包括所采用的切削工具的横向运动以及竖直运动的示例值。横向运动可例如为若干微米，例如在1至1000微米的范围内，优选为5至50微米。竖直运动可例如为若干微米，例如在1至1000微米的范围内，优选为10至100微米。表面的光滑度可由Ra表示，其为在某一基准长度内表面偏离平均长度的算术平均。Ra以μm(微米)计，且其值越低，则表面越光滑。应理解的是，图2a至2d的子步骤是以类似的方式进行的。
在附图中示出了单独一个孔5，然而应理解的是，栅格中孔的数量相当多，片材2中的孔可能例如多达几百几千个。X射线透射部分5的宽度可以给定为1至10000微米之间的任何尺寸，优选为10至1000微米。
而且，可形成具有若干狭槽的准直仪，这些狭槽例如布置成矩阵形式，其中每个狭槽具有理想的倾斜度。这些狭槽可具有不同的倾斜度，即，准直仪可具有倾斜度不同的狭槽，使得可针对任何理想的应用而定制准直仪。例如，准直仪1能适于在转让给本申请人的美国专利公报US一2005—0152491中所述的X射线设备中使用。
现在参照图5，在流程图100中总结制造准直仪的本发明方法的步骤。在步骤110中，为基板2设置第一狭槽3。接着，用合适的X射线吸收材料4填充狭槽2(步骤120)。之后，去除一部分X射线吸收材料4(步骤130)，并形成新的狭槽5。此时，用X射线透射材料6填充新的狭槽5(步骤140)，这之后，去除一部分X射线透射材料6(步骤150)，从而形成另一狭槽7。最后，在步骤160中，用X射线吸收材料8填充狭槽7，从而形成了用于使大致平行的辐射通过的孔。
这样就提供了一种在基板中形成孔的多步骤处理方法，具体而言，提供了一种用于制造包括这些孔的准直仪的方法。本发明无需层叠，从而消除了与对准不同层相关的精度误差。而且，本发明能以有效和低成本的方式制造准直仪，生成重量轻而且价格低的准直仪。本发明提供了一种制造准直仪的新颖方法，使得能形成任何理想的厚宽比。

Claims (17)

1.一种用于制造包括X射线透射基板(2)的准直仪(1)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在所述基板(2)内形成具有理想深度的第一狭槽(3)，所述第一狭槽(3)具有第一侧壁(3a)和第二侧壁(3b)；
用X射线吸收材料(4)填充所述第一狭槽(3)，所述吸收材料从所述第一狭槽(3)的所述第一侧壁(3a)延伸到所述第二侧壁(3b)；
去除所述X射线吸收材料(4)的一部分，从而形成第二狭槽(5)，该第二狭槽从剩余的吸收材料延伸到所述第二侧壁(3b)；
用X射线透射材料(6)填充所述第二狭槽(5)；
去除所述X射线透射材料(6)的一部分，从而形成第三狭槽(7)，该第三狭槽从剩余的透射材料(6)延伸到所述第二侧壁(3b)；以及
用X射线吸收材料(8)填充所述第三狭槽(7)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，去除所述X射线吸收材料(4)的一部分的所述步骤包括以下子步骤：
通过切削工具在深度上去除X射线吸收材料(4)的一部分，
横向移动所述切削工具，以及
通过所述切削工具在深度上去除X射线吸收材料(4)的另一部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，重复执行所述子步骤直到获得所述理想的狭槽深度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在横向移动所述切削工具的所述子步骤中，所述切削工具的横向运动在1至10000微米的范围内，优选为10至500微米。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述X射线吸收材料的每一深度上去除部分的深度在1至10000微米的范围内，优选为10至500微米。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，去除所述X射线透射材料(6)的一部分的所述子步骤包括以下子步骤：
通过切削工具在深度上去除X射线透射材料(6)的一部分，
横向移动所述切割工具，以及
通过所述切削工具在深度上去除X射线透射材料(6)的另一部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，重复执行所述子步骤直到获得所述理想的狭槽深度。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，在横向移动所述切削工具的所述子步骤中，所述切削工具的横向运动在1至500微米的范围内。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述X射线s透射材料的每一深度上去除部分的深度在1至1000微米的范围内。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，形成的所述第二和第三狭槽(5，7)具有倾斜表面，从而形成角形狭槽。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述X射线透射材料包括碳、塑料、胶或任何其他低原子序数材料或低原子序数材料的混合物。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述X射线吸收材料包括钨、铅、金、铜或任何其他高原子序数材料或高原子序数材料的混合物。
13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述X射线吸收材料包括诸如金、铅、钨或铜的高原子序数吸收材料与诸如胶或塑料的结合材料混合的混合物。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述X射线透射部分(5)的宽度在10至500微米的范围内。
15.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述理想深度在1至1000微米的范围内。
16.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，重复所述步骤，从而形成具有若干狭槽的准直仪。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述若干狭槽具有不同的角度。
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