CN112378933B - 三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法，涉及诊断用X射线成像设备领域领域。该方法采用复合铅量玻璃微孔阵列制作滤线栅。其制作工艺为：用高铅当量玻璃管套在非铅玻璃管上并在光纤拉丝机上拉制复合铅玻璃单丝，再将复合铅玻璃单丝进行规制矩阵排列、拉制一次复丝，排板、真空熔合为空芯阵列，再用可溶性填充材料填充微米级纤维通道，进行切片、研磨、抛光等冷加工处理，然后用高频超声清洗机清洗掉可溶性填充材料，最终制作出纤维均匀排列、通道壁光滑的空芯阵列滤线栅阵列。本发明所所制得的滤线栅结构稳固、排列规整、通道内壁超光滑、微孔阵列通道一致性高，具备高对比度、高分辨率的优势，对摩尔纹现象的消除更加彻底。

Description

三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法
技术领域
本发明涉及X射线诊断成像设备领域以及复合铅量玻璃微孔阵列技术领域，具体为一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法。
背景技术
在X-射线成像中广泛使用防散射滤线栅(grid)来增强图像质量。从点源发射的X-射线穿过患者或物体，然后在合适的X-射线检测器中加以检测。X-射线成像通过按照X-射线检测器上的位置检测X-射线的强度而工作。具有较小强度的较暗区域对应于物体中的较高密度或厚度区域，而具有较大强度的较亮区域则对应于物体中的较低密度或厚度区域。这种方法依赖于直接穿过物体或被完全吸收的X-射线。但是，X-射线也可能在患者或物体中经历散射过程，主要是康普顿散射。这些X-射线生成图像噪声，并且因而降低图像的质量。为了减少这些散射X-射线的影响，采用防散射滤线栅.传统的防散射滤线栅一般采用铅条和铝条交叉叠在一起制作而成，或者在碳钎维基板上切割凹槽再进行灌铅后封装而成。
防散射滤线栅性能的主要度量之一是定量改善因子(QIF，quantumimprovementfactor)，其中QIF＝Tp2/Tt。Tp为滤线栅的一次辐射透过率，Tt是总辐射透过率。当QIF≥1时，表示滤线栅能够改善图像质量，而QIF＜1时，表示滤线栅实际上对图像质量有损害。
防散射滤线栅的首要设计度量是线频率、线厚度和滤线栅高度，通常将它们表示为栅格比。通常以线/cm为单位表示的线频率给出在给定距离中吸收材料带的数量。线厚度正好是吸收铅条的厚度，它通常用微米为单位表示。栅格比是滤线栅高度与空隙距离(一对滤线栅线之间的低吸收材料的量)之比。在制造滤线栅时所使用的材料以及滤线栅覆盖物的类型和厚度也会影响滤线栅性能，滤线栅覆盖物是用于包裹滤线栅以提供机械支撑的非活性薄片。在设计防散射滤线栅时，由于制造精度的局限性，用非常薄的铅条制造滤线栅存在限制，所以滤线栅线总是比需要的厚，从而影响成像效果。另外一种利用细锯来在石墨衬底中开槽并用铅填充这些槽来制作滤线栅同样也受到制造精度的限制。
因此，需要不断改进X射线滤线栅的涉及和制造方法来提高成像对比度和诊断效果。
目前，尚未涉及到一种采用复合铅玻璃微孔阵列制造技术来制作X射线防散射滤线栅。
发明内容
本发明提供一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法,突破现有的滤线栅制造精度的限制以及解决了采用纯铅玻璃管制造的滤线栅中空块的结构强度偏低和微孔阵列畸变的缺陷问题。
本发明通过所提供的一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格，其特征在于，采用复合铅玻璃微孔阵列制作而成，其中铅玻璃管取代传统的铅条作为吸收材料，非铅玻璃管取代碳钎维板作为支撑加固材料。
一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，其特征在于，所述方法采用高铅当量玻璃管和非铅玻璃管制作的复合铅玻璃微孔阵列结构，包括如下步骤：
（1）采用冷加工设备对非铅玻璃管进行内外径加工，使空芯非铅玻璃管的外径达到Φ27.5~28.5mm，壁厚1mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（2）采用冷加工设备对高铅当量玻璃管进行内外径加工，使空芯铅玻璃管的外径达到Φ28.5~29.5mm，壁厚1.5mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（3）将铅玻璃管套在非铅玻璃管外部形成复合铅玻璃棒，将单根的复合铅玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.62±0.01mm，长度为820mm复合铅玻璃单丝；
（4）将37根复合铅玻璃单丝在排棒模具中排成复丝棒，其中铅玻璃单丝作为铅玻璃围丝的间隙丝，将排棒完成的复合铅玻璃复丝棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（5）采用光纤拉制机拉制上述复丝棒成为对边长为1.22±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（6）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为17的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（7）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在580℃~600℃；
（8）将真空熔合的六边形空芯阵列板的纤维通道内填充上可溶性填充材料，当可溶性填充材料固化后冷加工切、磨、抛光，制得出表面光滑滤线栅中空块单元坯料；
（9）将六边形中空块单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的滤线栅中空单元块；
（10）将精雕后的滤线栅中空单元块置入装有有机溶剂的容器中，通过超声波清洗掉纤维通道内的可溶性填充材料，最终制得结构均匀的滤线栅中空块；
（11）将若干滤线栅中空块紧密排列于定制好的弧面支撑架，并通过紫外固化胶进行粘合后形成一个大面积聚焦式滤线栅中空基底；
（12）在滤线栅中空基底的排列规整的栅格通道内填充碘化铯闪烁体材料，成为成品滤线栅格。
本发明采用的采用复合铅玻璃微孔阵列制造工艺所制得滤线栅栅格单元规整，结构稳定且微孔通道一致性较高，是一种全新的采用复合铅玻璃微孔阵列制造技术制作玻璃基滤线栅基底的方法。
相比采用纯铅玻璃直接制作微孔阵列作为滤线栅中空单元块，具有更好的结构强度，有利于减小整体滤线栅的厚度，光纤阵列在结构精度和纳米级应用上有着突出的优点。
附图说明
图1为本发明所制得的滤线栅格制作流程示意图。
1、非铅玻璃管，2、高铅当量玻璃管，3、复合铅玻璃单丝，4、滤线栅格。
具体实施方式
下面对本发明具体内容进行进一步的说明：
本发明三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格，采用高铅当量玻璃棒和非铅玻璃管制作复合铅玻璃微孔阵列结构，具体为复合铅玻璃微孔阵列作为吸收材料，非铅玻璃微孔作为作为基底材料，并在栅格通道内填充碘化铯闪烁体材料成为成品滤线栅格。
制造三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，所述方法包括如下步骤：
1）采用冷加工设备对非铅玻璃管进行内外径加工，使空芯非铅玻璃管的外径达到Φ27.5~28.5mm，壁厚1mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（2）采用冷加工设备对高铅当量玻璃管进行内外径加工，使空芯铅玻璃管的外径达到Φ28.5~29.5mm，壁厚1.5mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（3）将铅玻璃管套在非铅玻璃管外部形成复合铅玻璃棒，将单根的复合铅玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.62±0.01mm，长度为820mm复合铅玻璃单丝；
（4）将37根复合铅玻璃单丝在排棒模具中排成复丝棒，其中铅玻璃单丝作为铅玻璃围丝的间隙丝，将排棒完成的复合铅玻璃复丝棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（5）采用光纤拉制机拉制上述复丝棒成为对边长为1.22±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（6）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为17的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（7）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在580℃~600℃；
（8）将真空熔合的六边形空芯阵列板的纤维通道内填充上可溶性填充材料，当可溶性填充材料固化后冷加工切、磨、抛光，制得出表面光滑滤线栅中空块单元坯料；
（9）将六边形中空块单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的滤线栅中空单元块；
（10）将精雕后的滤线栅中空单元块置入装有有机溶剂的容器中，通过超声波清洗掉纤维通道内的可溶性填充材料，最终制得结构均匀的滤线栅中空块；
（11）将若干滤线栅中空块紧密排列于定制好的弧面支撑架，并通过紫外固化胶进行粘合后形成一个大面积聚焦式滤线栅中空基底；
（12）在滤线栅中空基底的排列规整的栅格通道内填充碘化铯闪烁体材料，成为成品滤线栅格。
各步骤中铅玻璃棒外径、非铅玻璃管内外径、单丝直径和复合丝直径以及他尺寸是由滤线栅格微孔阵列要求推到而出，根据要求也可为其他尺寸。
本发明采用的采用复合铅玻璃微孔阵列制造工艺所制得滤线栅栅格单元规整，结构稳定且微孔通道一致性较高，是一种全新的采用复合铅玻璃微孔阵列制造技术制作玻璃基滤线栅基底的方法。

Claims (7)

1.一种三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，采用复合铅玻璃微孔阵列制造而成，其中高铅玻璃管作为吸收材料，非铅玻璃管作为支撑加固材料，其特征在于，所述方法采用高铅当量玻璃管和非铅玻璃管制作复合铅玻璃微孔阵列结构，包括如下步骤：
（1）采用冷加工设备对非铅玻璃管进行内外径加工，使空芯非铅玻璃管的外径达到Φ27.5~28.5mm，壁厚1mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（2）采用冷加工设备对高铅当量玻璃管进行内外径加工，使空芯铅玻璃管的外径达到Φ28.5~29.5mm，壁厚1.5mm，并对内外壁进行抛光，使表面粗糙度达到10纳米级；
（3）将铅玻璃管套在非铅玻璃管外部形成复合铅玻璃棒，将单根的复合铅玻璃棒采用光纤拉制机拉制成外径为规格为2.62±0.01mm，长度为820mm复合铅玻璃单丝；
（4）将37根复合铅玻璃单丝在排棒模具中排成复丝棒，其中铅玻璃单丝作为复合铅玻璃单丝的间隙丝，将排棒完成的复合铅玻璃复丝棒用生料带和铝箔捆绑固定，形成一个整体；
（5）采用光纤拉制机拉制上述复丝棒成为对边长为1.22±0.01mm光纤复丝，然后将光纤复丝断成多段一定长度的复丝；
（6）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为17的六边形纤维阵列板，并将两端捆绑固定；
（7）将排列好的纤维阵列板装入专业模具中并放入真空炉中，进行真空熔板，熔板温度在580℃~600℃；
（8）将真空熔合的六边形空芯阵列板的纤维通道内填充上可溶性填充材料，当可溶性填充材料固化后冷加工切、磨、抛光，制得出表面光滑滤线栅中空块单元坯料；
（9）将六边形中空块单元坯料放入精雕机中进行轮廓修正，制得出一批尺寸及精度一致的滤线栅中空单元块；
（10）将精雕后的滤线栅中空单元块置入装有有机溶剂的容器中，通过超声波清洗掉纤维通道内的可溶性填充材料，最终制得结构均匀的滤线栅中空块；
（11）将若干滤线栅中空块紧密排列于定制好的弧面支撑架，并通过紫外固化胶进行粘合后形成一个大面积聚焦式滤线栅中空基底；
（12）在滤线栅中空基底的排列规整的栅格通道内填充碘化铯闪烁体材料，成为成品滤线栅格。
2.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，其特征在于，高铅玻璃和非铅玻璃的料性区间温度相近，拉丝匹配良好。
3.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅的制造方法，其特征在于，所述的铅玻璃管和非铅玻璃管内外径、单丝直径和复合丝直径以及其他尺寸是由滤线栅格微孔阵列要求推导而出。
4.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅的制造方法，其特征在于，步骤6中用铜丝将两端捆绑固定。
5.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，其特征在于：步骤8中，所述填充材料为一种可溶性密封蜡，在一定温度下可熔融，并在温度降到常温时可凝固，且固化后的硬度适用于玻璃的冷加工切割、滚圆、研磨、抛光的工序，同时易溶入有机溶剂。
6.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，其特征在于：步骤10中：所述有机溶剂是酒精、丙酮或者溶剂油中的一种。
7.根据权利要求1所述的三维聚焦玻璃基防散射滤线栅格的制造方法，其特征在于：步骤11中：所述紫外固化胶为一种无色透明的光敏胶，通过紫外照射会迅速固化。
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