CN111977966B - 一种二维滤线栅及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维滤线栅及其制造方法，制备含铅玻璃的预制棒，通过拉丝塔将预制棒拉制成光纤；按照预设模板排布光纤，形成光纤复丝，并将光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；将热熔压模具放入热熔压炉，并施加预设方向的压力，以使得光纤复丝聚合形成光纤棒；切割所述光纤棒，得到预设形状和厚度的中空光纤块；将多个中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅；采用含铅玻璃的原材料作为X射线吸收材料，最终制成中空光纤块，将多个中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅，中空光纤块中X射线透射层为空气，最大程度减少了主射线的被削弱程度，并且使用铅玻璃光纤代替现有技术中的吸收条，能够吸收多角度的散射射线，实现二维滤线栅的功能。

Description

一种二维滤线栅及其制造方法
技术领域
本发明涉及滤线栅领域，尤其涉及一种二维滤线栅及其制造方法。
背景技术
在X射线摄影中，照射在病人身上的X射线可能直接穿过该病人(主射线)，也可能与该病人产生一次或多次散射作用从而导致X射线偏离原来的发射方向(散射线)，散射线在透过病人后，会与主射线一起被探测器记录，干扰最后形成的图像，使图像产生灰雾，大幅影响图片的清晰度；为了消除这些散射线，常用的方式是将滤线栅置于病人和探测器之间，通过滤线栅将大部分的散射线过滤，这样只会有很小一部分的散射线漏过滤线栅到达探测器，以此减少散射线对图像质量的影响。
常见的滤线栅结构如图1所示，由一组对X射线强吸收的窄条(通常为铅)和窄条之间填充的对X射线弱吸收的物质(通常为铝或纤维)相间隔组成，以下简称此种滤线栅为“条形滤线栅”；条形滤线栅被置于病人和探测器之间时，从X射线发射焦点发出的部分主射线可以通过隔层物质到达探测器，另一部分主射线会被铅条和隔层物质吸收；经过病人产生的散射线由于偏离了主射线的方向而且能量有一定的降低，大部分会被铅条吸收；此类滤线栅难于加工二维滤线栅，基本上都为一维滤线栅，它们只能滤除一个方向的散射线。
图1中h为滤线栅的高度，d为窄条的宽度，D为隔层的宽度，滤线栅的栅隔比是指吸收铅条的高度和隔层宽度的比值，即h:D；对于给定的铅条密度，在其他条件不变的情况下，栅隔比越高，通过滤线栅的散射线就越少，滤线栅效果越明显；但是若采取提高铅条高度提高栅隔比的方法，由于铅条的高度增加导致隔层的高度相应增加，最终会导致主射线的衰减变大；另外，栅隔比越高，条形滤线栅的生产难度也越大。
在专利文件CN200680054327中，户波宽道提出了一种中空滤线栅及其制造方法，其基本构成与图1中传统的一维铅条滤线栅类似，只是把铝/碳隔层换成空气，此方案加工的是一维滤线栅且加工难度大；在专利文件CN104715802A和US7922923中，胜见雪人和Cha-Mei Tang等提出了一种散射线去除用滤线栅的制造方法，制造的是一种中空二维滤线栅，他们采用光学蚀刻方法进行中空结构加工，采用这种方法有如下不足：一、光刻的厚度有限，单层厚度在0.3mm左右，需采用多层进行叠加才能得到一定栅隔比的滤线栅结构，层间的装配精度将严重影响滤线栅性能；二、采用普通光源进行光学蚀刻效率低，同时光学蚀刻需要蚀刻光具有高的准直行，上述专利均采用同步辐射光源，因其具有高准直性和高光通量密度，能进行高效和高精度的光学蚀刻，但同步辐射光源为稀缺资源而且成本极高，难于采用它进行中空结构大规模量产和应用；
综上所述，传统条形滤线栅存在两个明显不足，一为难于加工二维滤线栅，二为难于加工高栅隔比的滤线栅。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种二维滤线栅及其制造方法，能够制造高栅隔比的二维滤线栅。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种二维滤线栅的制造方法，包括步骤：
S1、制备含铅玻璃的预制棒，通过拉丝塔将所述预制棒拉制成光纤；
S2、按照预设模板排布所述光纤，形成光纤复丝，并将所述光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；
S3、将所述热熔压模具放入热熔压炉，并施加预设方向的压力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒；
S4、切割所述光纤棒，得到预设厚度的中空光纤块；
S5、将多个所述中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种二维滤线栅，由多个中空光纤块拼接并封装组成，所述中空光纤块由多个中空光纤组成，所述中空光纤由包含铅玻璃制成。
本发明的有益效果在于：将铅玻璃作为吸收X射线的物质，由含铅玻璃的预制棒制成光纤，将所述光纤制成光纤棒，并切割光纤棒得到光纤块，将光纤块拼接并封装制成二维滤线栅，可以根据实际需要在切割光纤棒时确定光纤块的厚度，增加光纤块的厚度实现简单，而增加光纤块的厚度相当于增加滤线栅的高度，即能够较容易制造出栅隔比高的滤线栅，且由铅玻璃制造光纤作为吸收散射线的结构，与条状相比能够吸收各个方向的散射线，使得最终图像更加清晰。
附图说明
图1为现有技术中滤线栅的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种二维滤线栅的制造方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例的两种二维滤线栅的制造方法的对比图；
图4为本发明实施例的一种弧面二维滤线栅的结构示意图；
图5为本发明实施例的一种平面二维滤线栅的结构示意图；
图6为本发明实施例的一种二维滤线栅中空光纤的通孔形状示意图；
图7为本发明实施例的一种二维滤线栅中空光纤的排布方式示意图；
图8为本发明实施例的一种中空光纤块的成品示意图；
图9为本发明实施例的一种光纤结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图2及图3，一种二维滤线栅的制造方法，包括步骤：
S1、制备含铅玻璃的预制棒，通过拉丝塔将所述预制棒拉制成光纤；
S2、按照预设模板排布所述光纤，形成光纤复丝，并将所述光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；
S3、将所述热熔压模具放入热熔压炉，并施加预设方向的压力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒；
S4、切割所述光纤棒，得到预设形状和厚度的中空光纤块；
S5、将多个所述中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将铅玻璃作为吸收X射线的物质，由含铅玻璃的预制棒制成光纤，将所述光纤制成光纤棒，并切割光纤棒得到光纤块，将光纤块拼接并封装制成二维滤线栅，可以根据实际需要在切割光纤棒时确定光纤块的厚度，增加光纤块的厚度实现简单，而增加光纤快的厚度相当于增加滤线栅的高度，即能够较容易制造出栅隔比高的滤线栅，且由铅玻璃制造光纤作为吸收散射线的结构，与条状相比能够吸收各个方向的散射线，使得最终图像更加清晰。
进一步的，所述S1具体为：
将铅玻璃制备成直径为10～20cm、长度为50～100cm且呈圆柱形的第一预制棒；
通过拉丝塔将所述第一预制棒拉制成有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤。
由上述描述可知，通过控制拉丝塔，能够实现生产预设中空光纤的通孔形状、直径和壁厚，能够根据实际需求定制，生产更加灵活，限定预制棒的形状和大小，在通过拉丝塔时更有利于拉制出预设属性的光纤。
进一步的，所述S1具体为：
将铅玻璃和酸溶玻璃制备成直径为10～20cm、长度为50～100cm且呈圆柱形的第二预制棒；
通过拉丝塔将所述第二预制棒拉制成预设直径的光纤。
所述S4具体为：
用酸性溶液腐蚀所述光纤块，使得所述光纤块中的所述光纤成为有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤。
由上述描述可知，将铅玻璃和酸溶玻璃制备成第二预制棒，利用酸溶玻璃遇酸溶解的属性，将拉制出的实心光纤中的酸溶玻璃腐蚀，制备成有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤，使用酸溶玻璃使光纤在通过拉丝塔和熔压炉时为实心状态，更有利于光纤通孔形状的保持。
进一步的，所述S1中将玻璃预制棒通过拉丝塔具体为：
控制所述拉丝塔的温度为750～900℃；
控制所述拉丝塔的拉丝速度为0.1～2m/s。
由上述描述可知，控制拉丝塔的温度和拉丝速度在一定范围，能够制备出预设直径的光纤。
进一步的，所述S3具体为：
将所述热熔压模具放入热熔压炉，在所述热熔压炉中进行升温及保温；
在温度600～700℃的环境下，通过液压设备对所述热熔压模具施加预设方向的且大小为4×105～5×105N的力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒。
由上述描述可知，通过在热熔压炉内对热熔压模具内按照预设模板排布后的光纤进行升温和施加力，使得光纤复丝聚合形成光纤棒，使光纤的排布结构维持稳定，光纤棒方便了之后光纤块的加工。
进一步的，使所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面垂直；
所述S5中所述拼接具体为：
将所述中空光纤块拼接形成弧面的二维滤线栅，以使得照射X光时主射线能穿过所述通孔。
由上述描述可知，当制备的中空光纤块中的中空光纤的通孔与中空光纤块的表面垂直时，将中空光纤块拼接成弧面，使X光的主射线能够穿过中空光纤的通孔，在拦截散射的X光时，减少对主X光射线的影响，以使得呈现的图片更加清晰。
进一步的，使所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面成角度；
所述S5中所述拼接具体为：
将所述中空光纤块按所述角度确定位置，拼接形成平面的二维滤线栅，以使得照射X光时主射线能穿过所述通孔。
由上述描述可知，当需要制备平面的二维滤线栅时，将中空光纤块中中空光纤的通孔与中空光纤块的表面成一定角度，因X射线为点发射而非平行发射，使平面的二维滤线栅中中空光纤的通孔与中空光纤的表面成角度，能够使X光的主射线直接通过通孔而不受到滤线栅的影响，在拦截散射射线的同时降低了对主射线的影响，使得呈现的图像更加清晰。
请参照图4至图9，一种二维滤线栅，由多个中空光纤块拼接并封装组成，所述中空光纤块由多个中空光纤组成，所述中空光纤包含铅玻璃。
由上述描述可知，由多个中空光纤块拼接并封装组成二维滤线栅，中空光纤块由多个中空光纤组成，中空光纤中的铅玻璃能够阻拦射线，并且相较与现有技术中的条形一维滤线栅，能够对各个角度的散射射线进行削弱，并且中空光纤中心为通孔，空气对X射线的削弱程度小，使得对主射线强度的影响小，在增加对散射射线削弱程度的同时保证对主射线的削弱程度更小，使得最终呈现的图像更加清晰。
进一步的，所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面垂直，所述光纤块拼接形成弧面。
由上述描述可知，因X射线并非平行发射，而是由一个点发射源进行发射，将通孔与中空光纤块垂直的中空光纤块拼接为弧面，使得X射线能够从通孔中穿过，进一步减少了滤线栅对主射线的影响，使得最终的成像更加清晰，弧面的滤线栅能够适应一些特殊环境。
进一步的，所述光纤块中所述中空光纤的通孔与所述光纤块的表面成角度，所述光纤块拼接形成平面。
由上述描述可知，设置平面滤线栅时，使其中的通孔与中空光纤块的表面成角度，以使得X射线能够从通孔中穿过，进一步减少了滤线栅对X射线中主射线的影响，使得最终的成像更加清晰。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种二维滤线栅的制造方法，具体包括：
S1、将铅玻璃制备成直径为10～20cm，长度为50～100m且呈圆柱形的第一预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为10cm，长度为50m的第一预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为15cm，长度为75m的第一预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为20cm，长度为100m的第一预制棒；
通过拉丝塔将所述第一预制棒拉制成有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤；
在一种可选的实施方式中，可将第一预制棒拉制成由预设截面形状的中空光纤；
其中，控制所述拉丝塔的温度为750～900℃；控制所述拉丝塔的拉丝速度为0.1～2m/s，即每秒生产0.1～2m长的中空光纤；
控制拉丝塔的拉丝速度能够控制产生的光纤的直径和壁厚；
在一种可选的实施方式中，控制拉丝塔的温度为750℃，拉丝塔的速度为0.1m/s；
在一种可选的实施方式中，控制拉丝塔的温度为825℃，拉丝塔的速度为1.05m/s；
在一种可选的实施方式中，控制拉丝塔的温度为900℃，拉丝塔的速度为2m/s；
单根中空光纤的外径从50微米到毫米量级可调，具体的，可通过改变拉丝塔的拉丝速度调节，拉丝速度越快，单根中空光纤的直径越小，中空光纤的最小壁厚为中空光纤外径的10％；
请参照图6，中空光纤的通孔形状可以是正方形、圆形。六边形等；
S2、按照预设模板排布所述中空光纤，形成光纤复丝，并将所述光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；
具体的，请参照图7，以圆形孔为例，在进行熔压前，中空光纤之间的排布方式可以为正方形(每四个中空光纤中心位于正方形的四个顶点)或三角形(每三个中空光纤中心位于三角形的三个顶点)，在光纤排布过程中，应保证光纤之间的空隙尽可能小，获得最大的填充比例，即相邻两根中空光纤的中心的距离为单根光纤的外径；
S3、将所述热熔压模具放入热熔压炉，并施加预设方向的压力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒；
在一种可选的实施方式中，将热熔压模具放入热熔压炉，并施加径向的压力，以使得光纤复丝聚合形成光纤棒；
具体的，将所述热熔压模具放入热熔压炉，在所述热熔压炉中进行升温及保温；升温到600～700℃后进行保温，在温度600～700℃的环境下，通过液压设备对所述热熔压模具施加径向的且大小为4×105～5×105N的力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒，保证相邻两根中空光纤的中心距离为单根光纤的外径；
在一种可选的实施方式中，在温度600℃的环境下，通过液压设备对热熔压模具施加预设方向且大小为5×105N的力；
在一种可选的实施方式中，在温度650℃的环境下，通过液压设备对热熔压模具施加预设方向且大小为4.5×105N的力；
在一种可选的实施方式中，在温度700℃的环境下，通过液压设备对热熔压模具施加预设方向且大小为4×105N的力；
S4、切割所述光纤棒，得到特定厚度的中空光纤块；
请参照图8，为中空光纤块的实物图，此中空光纤块为正六边形，边长为3厘米，中空光纤块的厚度可根据实际需求在切割光纤棒时设定；
请参照图9，为中空光纤块中中空光纤的显微结构，中空光纤外径为70微米，内径为60微米；
S5、将多个所述中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅；
使所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面垂直；则步骤S5中拼接具体为：将所述中空光纤块拼接形成弧面的二维滤线栅，以使得照射X光时主射线能穿过所述通孔；
使所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面成角度，具体的，在切割中空光纤块时，先确定通孔与中空光纤块表面的角度；则步骤S5中拼接具体为：将所述中空光纤块按所述角度确定位置，拼接形成平面的二维滤线栅，以使得照射X光时主射线能穿过所述通孔；具体的，需根据中空光纤块的物理位置，确定组成中空光纤块的中空光纤的通孔和中空光纤块的表面的角度，并根据相应角度对中空光纤块进行排列；
还包括：加工所需球面或平面的支撑结构模具，在所述模具内进行中空光纤块的连接，保证连接的紧密和精度。
本发明的实施例二为：
一种二维滤线栅的制造方法，其与实施例一的不同之处在于步骤S1、S2以及S4，步骤S1、S2以及S4分别替换如下：
S1、将铅玻璃和酸溶玻璃制备成直径为10～20cm，长度为50～100m且呈圆柱形的第二预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为10cm，长度为50m的第二预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为15cm，长度为75m的第二预制棒；
在一种可选的实施方式中，可制备直径为20cm，长度为100m的第二预制棒；
通过拉丝塔将所述第二预制棒拉制成预设直径的光纤；
第二预制棒为铅玻璃包围酸溶玻璃，酸溶玻璃的截面形状可定制；
S2、按照预设模板排布所述光纤，形成光纤复丝，并将所述光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；
S4、切割光纤棒，得到预设形状和厚度的光纤块，用酸性溶液腐蚀所述光纤块，使得所述光纤块中的所述光纤成为有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤。
请参照图2，本发明的实施例三为：
一种二维滤线栅，由多个中空光纤块拼接并封装组成，所述光纤块由多个中空光纤组成，所述中空光纤包含铅玻璃；
中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面垂直，所述光纤块拼接形成弧面；
所述光纤块中所述中空光纤的通孔与所述光纤块的表面成角度，所述光纤块拼接形成平面；
单根中空光纤的外径大小由50微米到毫米，单根中空光纤的最小壁厚为光纤外径的10％，中空光纤的通孔形状可以是圆形、正方形、六边形等，中空光纤块中，中空光纤的排布方式可为三角形或正方形；请参照图9，即为三角形排布的中空光纤；
请参照图7，中空光纤的截面形状可为方形或六边形，中空光纤块截面形状可设定，图7中为六边形；
本实施例中的二维滤线栅可由实施例一或实施例二中的方法制造生成。
综上所述，本发明提供了一种二维滤线栅及其制造方法，制备含铅玻璃的预制棒作为原材料，通过拉丝塔拉制光纤，将光纤按照正方形或三角形的排布，形成光纤复丝，并将光纤复丝放置进热熔压模具的成型腔，通过热熔压炉，在600～700℃的温度下对热熔压模具施加预设方向的力，推动模具部件挤压光纤复丝进行高温聚合制成光纤棒，并切割预设厚度的光纤棒得到中空光纤块；其中，若预制棒为铅玻璃制成的预制棒，则直接拉制中空光纤；若预制棒为铅玻璃和酸溶玻璃制成的复合预制棒，则在切割光纤棒得到光纤块后，通过酸性溶液对光纤块进行腐蚀得到中空光纤块；再将中空光纤块进行拼接并封装得到二维滤线栅；光纤的拉丝技术已成熟，可以容易制造出所需各种属性的光纤，且是先制备光纤棒再得到一定厚度的光纤块，光纤块的厚度及X射线吸收条的高度，易于得到厚度大的光纤块，即易于制备高栅隔比的二维滤线栅；本发明所公开的一种二维滤线栅，为多个中空光纤组成光纤块，再由多个光纤块拼接并封装形成，中空光纤的壁即能吸收散射射线，并且能够吸收各个方向的散射射线，采用空气作为X射线透射隔层，最大程度避免主射线的削弱，并且中空光纤块中的中空光纤的通孔可加工成与中空光纤块表面垂直或成特定角度，若垂直，则中空光纤块拼接为弧面，若成一定角度，则中空光纤块拼接为平面，因X射线为一个发射源，此种通孔排布和中空光纤块的拼接保证了X射线的主射线能够直接穿过通孔，避免被吸收，使成像更加清晰。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种二维滤线栅的制造方法，其特征在于，包括步骤：
S1、制备含铅玻璃的预制棒，通过拉丝塔将所述预制棒拉制成光纤；
S2、按照预设模板排布所述光纤，形成光纤复丝，并将所述光纤复丝放入热熔压模具的成型腔；
S3、将所述热熔压模具放入热熔压炉，并施加预设方向的压力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒；
S4、切割所述光纤棒，得到预设厚度的中空光纤块；
S5、将多个所述中空光纤块拼接并封装制成二维滤线栅；
使所述中空光纤块中所述中空光纤的通孔与所述中空光纤块的表面成角度；
所述S5中所述拼接具体为：将所述中空光纤块按所述角度确定位置，拼接形成平面的二维滤线栅，以使得照射X光时主射线能穿过所述通孔。
2.根据权利要求1所述的一种二维滤线栅的制造方法，其特征在于，所述S1具体为：
将铅玻璃制备成直径为10～20cm，长度为50～100m且呈圆柱形的第一预制棒；
通过拉丝塔将所述第一预制棒拉制成有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤。
3.根据权利要求1所述的一种二维滤线栅的制造方法，其特征在于，所述S1具体为：
将铅玻璃和酸溶玻璃制备成直径为10～20cm，长度为50～100m且呈圆柱形的第二预制棒；
通过拉丝塔将所述第二预制棒拉制成预设直径的光纤；
所述S4具体为：
用酸性溶液腐蚀所述光纤块，使得所述光纤块中的所述光纤成为有预设通孔形状、壁厚和直径的中空光纤。
4.根据权利要求1所述的一种二维滤线栅的制造方法，其特征在于，所述S1中将玻璃预制棒通过拉丝塔具体为：
控制所述拉丝塔的温度为750～900℃；
控制所述拉丝塔的拉丝速度为0.1～2m/s。
5.根据权利要求1所述的一种二维滤线栅的制造方法，其特征在于，所述S3具体为：
将所述热熔压模具放入热熔压炉，在所述热熔压炉中进行升温及保温；
在温度为600～700℃的环境下，通过液压设备对所述热熔压模具施加预设方向的且大小为4×105～5×105N的力，以使得所述光纤复丝聚合形成光纤棒。
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