CN112409826A - 过滤杂射x射线的滤线栅及其制备方法、x射线探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法、及一种X射线探测器。制备方法包括将金属粉末材料、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂中的两种或两种以上相混合以制备成浆料，将浆料涂布于基材上形成X射线吸收材料层后进行干燥，其中，浆料中，金属粉末材料的质量百分比为1～80％，粘结剂的质量百分比为1～60％，分散剂的质量百分比为0～20％，消泡剂的质量百分比为0～20％，溶剂的质量百分比为1～80％。本发明可制备线密度大的滤线栅，同时可提高材料的利用率，降低生产成本。基于本发明制备的滤线栅，具有较高的线密度，且可以提高对杂散X射线的过滤效果。采用本发明的滤线栅的X射线探测器，其成像质量可以显著提高。

Description

过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法、X射线探测器

技术领域

本发明涉及X射线探测技术领域，特别是涉及一种过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法，及一种X射线探测器。

背景技术

在X射线成像系统中，由于康普顿散射效应的发生，入射光子的方向会发生改变，使得入射光子在X射线探测器上对应位置的像素不能接收到相应的X射线，而其他像素除接收到自己对应的入射光子外还能接收到非该点产生的散射光子，使得其探测值偏离真实值。由于探测器接收到的光子并不全是透射光子，造成图像模糊、灰雾以及产生伪影。一般情况下，物体厚度超过10cm就需要考虑散射的影响。滤线栅可以有效过滤散射的X射线，提高X射线医疗器械的拍片质量。

通常当滤线栅的高度H越大，间隙材料的宽度D越小，滤除杂散X射线的效果越好，但X射线的透过率会下降，射线的剂量需要提高。线密度(指每厘米/英寸内包含的线对数)为80L/cm、栅格比(指滤线栅的高度H与间隙材料的宽度D的比值)Ratio＝10:1的滤线栅，其吸收材料铅箔的宽度为25μm，间隙材料铝箔的宽度为100μm。如果Ratio值小于10时，吸收材料铅箔的宽度更小。通常为了达到对杂散X射线有较好过滤的效果，通常用纯度为99.99％的铅锭进行轧制成一定厚度的铅箔，得到滤线栅用的吸收材料。但纯铅的质地较软，当铅箔的厚度达到25μm时，在轧制过程中容易发生膜材表面的褶皱，不能制备幅宽较大(＞35cm)的卷材，否则影响产品的良率。同时纯铅的拉伸强度很低(25℃下为14000kPa)，在卷材牵引的过程中容易发生断膜，不易于加工。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法，及一种X射线探测器，用于解决现有技术中为了达到对杂散X射线有较好的过滤效果，通常用纯度为99.99％的铅锭进行轧制成一定厚度的铅箔，得到滤线栅用的吸收材料，但因纯铅的质地较软，当铅箔的厚度达到25μm时，在轧制过程中容易发生膜材表面的褶皱，不能制备幅宽较大(＞35cm)的卷材，否则影响产品的良率，同时纯铅的拉伸强度很低(25℃下为14000kPa)，在卷材牵引的过程中容易发生断膜，不易于加工等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种过滤杂射X射线的滤线栅的制备方法，包括：

将金属粉末材料、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂中的两种或两种以上相混合以制备成浆料，将所述浆料涂布于基材上形成X射线吸收材料层后进行干燥，其中，所述浆料中，所述金属粉末材料的质量百分比为1～80％，所述粘结剂的质量百分比为1～60％，所述分散剂的质量百分比为0～20％，所述消泡剂的质量百分比为0～20％，所述溶剂的质量百分比为1～80％。

可选地，所述金属粉末材料包括纳米级的钨、铋、钼、铅、锑和锡中的一种或多种。

可选地，所述粘结剂包括聚丙烯酰胺、丙烯酸树脂、环氧树脂和硅烷偶联剂中的一种或多种。

可选地，所述分散剂包括聚酯磷酸酯、羧甲基纤维素钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

可选地，所述溶剂包括离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、1，3丁二醇、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种。

可选地，采用辊涂覆、丝网印刷和挤压涂覆方法中的一种或多种将所述浆料涂布于基材上形成所述X射线吸收材料层。

可选地，所述基材包括铝箔。

更可选地，所述铝箔的厚度为40～150μm，所述X射线吸收材料层的厚度为5～50μm。

本发明还提供一种过滤杂射X射线的滤线栅，所述滤线栅包括无聚焦效果的平行栅和具有焦点的聚焦栅中的一种，所述滤线栅基于上述任一方案中所述的制备方法制备而成，所述滤线栅的线密度≥80L/cm。

本发明还提供一种X射线探测器，所述X射线探测器包括如上述任一方案中所述的过滤杂射X射线的滤线栅。

如上所述，本发明的过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法、X射线探测器，具有以下有益效果：本发明将具有较高吸收性的金属粉末材料溶解于溶剂中，经涂覆工艺涂布于基材表面以制备可过滤杂散X射线的滤线栅，可以使吸收材料的厚度不受金属箔材的加工制约，理论上可以做到厚度在10μm以下的涂层，同时可提高材料的利用率，降低生产成本。基于本发明制备的滤线栅，具有较高的线密度，可以提高对杂散X射线的过滤效果。采用本发明的滤线栅的X射线探测器，其成像质量可以显著提高。

附图说明

图1显示为一次辐射透过率与滤线栅的线密度的关系图。

图2显示为本发明的过滤杂射X射线的滤线栅的制备方法中将原料混合以制备浆料的示意图。

图3显示为本发明的制备方法中，将浆料涂布于基材上的示意图。

图4显示为本发明制备的过滤杂射X射线的滤线栅的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

在X射线成像系统中，由于康普顿散射效应的发生，入射光子的方向会发生改变，使得入射光子在X射线探测器上对应位置的像素不能接收到相应的X射线，而其他像素除接收到自己对应的入射光子外还能接收到非该点产生的散射光子，使得其探测值偏离真实值。由于探测器接收到的光子并不全是透射光子，造成图像模糊、灰雾以及产生伪影。一般情况下，物体厚度超过10cm就需要考虑散射的影响。而滤线栅可以有效过滤散射的X射线，提高X射线医疗器械的拍片质量，因而滤线栅的应用越来越广。

从图1可知，通常滤线栅的栅格比越大，入射光子的一次辐射透射率越小(透射率为装有滤线栅时X射线透过率/无滤线栅时X射线透过率)，即对散射X射线的过滤效果越好。现有技术中为了达到对杂散X射线有较好过滤的效果，通常用纯度为99.99％的铅锭进行轧制成一定厚度的铅箔，得到滤线栅用的吸收材料，因纯铅的质地较软，当铅箔厚度达到25μm时，在轧制过程中容易发生膜材表面的褶皱，不能制备幅宽较大(＞35cm)的卷材，否则影响产品的良率；同时纯铅的拉伸强度很低(25℃下为14000kPa)，在卷材牵引的过程中容易发生断膜，不易于加工。现有技术中采用轧制方法制作30μm厚度铅箔的良率很低，同时幅宽最大只能到35mm，这些都提高了生产难度和生产成本。为此，本发明提供了一种改善方案。

具体地，本发明提供了一种过滤杂射X射线的滤线栅的制备方法，包括：将金属粉末材料、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂中的两种或两种以上相混合并可经搅拌以制备成均匀的浆料，将所述浆料涂布于基材上形成X射线吸收材料层后进行干燥，比如采用烘箱烘干以使溶剂挥发，之后经分切组合等步骤得到包括多个过滤栅格的滤线栅，单个所述过滤栅格包括基材及位于所述基材表面的所述X射线吸收材料层，其中，所述浆料中，所述金属粉末材料的质量百分比为1～80％，所述粘结剂的质量百分比为1～60％，所述分散剂的质量百分比为0～20％，所述消泡剂的质量百分比为0～20％，所述溶剂的质量百分比为1～80％。本发明将具有较高吸收性的金属粉末材料溶解于溶剂中，经涂覆工艺涂布于基材上以制备可过滤杂散X射线的滤线栅，可以使吸收材料的厚度不受金属箔材的加工制约，理论上可以做到厚度在10μm以下的涂层，同时可提高材料的利用率，降低生产成本。

需要特别说明的是，滤线栅通常是将多个过滤栅格(也可称之为样条)组合后(比如堆叠)一起使用，每个过滤栅格包括基材及位于所述基材表面的所述X射线吸收材料层，故所述制备方法通常还包括在完成涂布及干燥工序后将得到的结构进行分切得到多个大小形状相似的过滤栅格以及将多个过滤栅格组合码条压紧以得到所需结构的滤线栅的步骤，或者也可以是重复前述的涂布及干燥工艺多次以制备出所需结构的滤线栅(从制备效率的角度考虑优选前者，即先制备出较大面积的用于制备滤线栅的复合材料，再经分切组合得到最终结构的滤线栅)。重要的是本发明采用涂布工艺制备X射线吸收材料层，可以有效避免现有技术中采用轧制工艺制备滤线栅吸收材料存在的材料受限、良率低等问题。

所述金属粉末材料为对X射线具有较高吸收性的材料，包括但不限于钨、铋、钼、铅、锑和锡中的一种或多种，且为提高涂布均匀性，所述金属粉末材料需具有良好的分散性，因而所述金属粉末材料优选为纳米级的金属粉末材料。

作为示例，所述粘结剂包括但不限于聚丙烯酰胺、丙烯酸树脂、环氧树脂和硅烷偶联剂中的一种或多种，所述粘结剂使浆料中的金属粉末材料涂布后能牢固粘附于基材表面。

作为示例，所述分散剂包括但不限于聚酯磷酸酯、羧甲基纤维素钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。所述分散剂可使浆料中的金属粉末材料均匀分布，避免金属粉末颗粒发生团聚，有助于提高制备的滤线栅对杂散X射线的过滤效果。且在制备好所述浆料后可以进行过滤以滤除团聚或者大颗粒的金属材料，进一步提高涂布均匀性。

作为示例，所述溶剂包括但不限于离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、1，3丁二醇、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种。

作为示例，可采用辊涂覆、丝网印刷和挤压涂覆方法中的一种或多种将所述浆料均匀涂布于基材上形成所述X射线吸收材料层，涂布过程可为单次或多次，涂布的X射线吸收材料层可以为单层或多层，且所述X射线吸收材料层可涂布于所述基材的单面或相对两个表面。

所述基材优选对X射线具有良好透过性的金属材料，包括但不限于铝箔，为便于浆料的固定，涂布前可对所述铝箔进行预处理以提高铝箔的表面粗糙度。

所述铝箔的厚度可以根据需要设置，较优地为40～150μm，比如为50μm、60μm、70μm、100μm或前述区间内的任意值；所述X射线吸收材料层的较优厚度为5～50μm，比如为5μm，10μm，20μm，25μm，30μm或前述区间内的任意值。

下面结合具体实施例对本发明的过滤杂射X射线的滤线栅的制备方法做一示例性说明。

①称取1000g的无水乙醇作为溶剂、50g硅烷偶联剂和150g丙烯酸树脂作为粘结剂、500g钨粉和100g铋粉的金属粉末材料、分散剂5g和消泡剂5g；

②在1000g的无水乙醇中加入150g丙烯酸树脂及分散剂5g，加热搅拌(比如在40℃的条件下以150r/min的转速搅拌)15min，待形成均匀的溶液后，将上述浆液通过200目筛子进行真空过滤，再加入500g钨粉和100g铋粉，继续搅拌60min，上述搅拌可采用高速分散机进行；

③向上述分散后的浆液中加入50g硅烷偶联剂和5g消泡剂后继续搅拌并抽真空30min进行脱泡，将上述浆料通过150目筛子进行真空抽滤，得到最终的浆料，金属颗粒和溶剂混合得到浆料的过程如图2所示；

④将上述浆料通过涂布机(例如富士机械工业株式会社的MCD型超精密涂布机)，在厚度为100μm的铝箔表面进行涂覆，具体如图3所示，涂覆完成后经烘箱干燥后在铝箔表面形成25μm厚度的X射线吸收材料层以得到复合膜；

⑤将涂覆后的复合膜分切成15mm×500mm的样条，将样条组合码条压紧，得到结构如图4所示的线密度为80L/cm的滤线栅(图4中的间隙材料为铝箔)。

当然，上述制备过程只是示意性的。经发明人多次试验发现，溶剂采用丙酮、异丙醇、1，3丁二醇、苯、甲苯和二甲苯等中的一种或多种，粘结剂采用聚丙烯酰胺等，浆料中各组分的质量百分比在前述提及的范围内时，制备的滤线栅均具有较大的线密度，对杂散X射线具有良好的过滤效果。且本发明提供的制备方法操作简单，可降低滤线栅的制备难度和生产成本。本发明的制备方法尤其适宜制备无聚焦效果的平行栅和具有焦点的聚焦栅。

本发明还提供一种过滤杂射X射线的滤线栅，所述滤线栅包括无聚焦效果的平行栅和具有焦点的聚焦栅中的一种，所述滤线栅基于上述任一方案中所述的制备方法制备而成，故前述对所述滤线栅的描述完全适用于此处，比如所述基材可以是铝箔等，本发明制备出的所述滤线栅的线密度≥80L/cm。对所述滤线栅的更多介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。本发明的滤线栅，不仅具备低成本的优势，而且具有较高的线密度，可以提高对杂散X射线的过滤效果。本发明的滤线栅可以应用于对X射线需要有阻挡、吸收的场景，包括但不限于医疗放射、工业X射线检测等作业环境。

本发明还提供一种X射线探测器，所述X射线探测器包括如上述任一方案中所述的过滤杂射X射线的滤线栅。本发明的X射线探测器除使用前述结构的滤线栅外，其他结构均与现有技术中的结构无明显差异，由于X射线探测器的结构为本领域技术人员所熟知，出于简洁的目的不详细展开。由于采用前述的滤线栅过滤杂散X射线，使得本发明的X射线探测器的成像质量可以显著提高。

综上所述，本发明提供一种过滤杂射X射线的滤线栅及其制备方法、X射线探测器。制备方法包括将金属粉末材料、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂中的两种或两种以上相混合以制备成浆料，将所述浆料涂布于基材上形成X射线吸收材料层后进行干燥，其中，所述浆料中，所述金属粉末材料的质量百分比为1～80％，所述粘结剂的质量百分比为1～60％，所述分散剂的质量百分比为0～20％，所述消泡剂的质量百分比为0～20％，所述溶剂的质量百分比为1～80％。本发明将具有较高吸收性的金属粉末材料溶解于溶剂中，经涂覆工艺涂布于基材上以制备可过滤杂散X射线的滤线栅，可以使吸收材料的厚度不受金属箔材的加工制约，理论上可以做到厚度在10μm以下的涂层，同时可提高材料的利用率，降低生产成本。基于本发明制备的滤线栅，具有较高的线密度，且可以提高对杂散X射线的过滤效果。采用本发明的滤线栅的X射线探测器，其成像质量可以显著提高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种过滤杂射X射线的滤线栅的制备方法，其特征在于，包括：

将金属粉末材料、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂中的两种或两种以上相混合以制备成浆料，将所述浆料涂布于基材上形成X射线吸收材料层后进行干燥，其中，所述浆料中，所述金属粉末材料的质量百分比为1～80％，所述粘结剂的质量百分比为1～60％，所述分散剂的质量百分比为0～20％，所述消泡剂的质量百分比为0～20％，所述溶剂的质量百分比为1～80％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属粉末材料包括纳米级的钨、铋、钼、铅、锑和锡中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚丙烯酰胺、丙烯酸树脂、环氧树脂和硅烷偶联剂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括聚酯磷酸酯、羧甲基纤维素钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括离子水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、1，3丁二醇、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用辊涂覆、丝网印刷和挤压涂覆方法中的一种或多种将所述浆料涂布于基材上形成所述X射线吸收材料层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基材包括铝箔。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铝箔的厚度为40～150μm，所述X射线吸收材料层的厚度为5～50μm。

9.一种过滤杂射X射线的滤线栅，其特征在于，所述滤线栅包括无聚焦效果的平行栅和具有焦点的聚焦栅中的一种，所述滤线栅基于权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成，所述滤线栅的线密度≥80L/cm。

10.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括如权利要求9所述的过滤杂射X射线的滤线栅。

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