CN1230122C - 防散射x－射线栅板器件及栅板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于医疗诊断射线成像装置的防散射X-射线栅板和一种用于制造这种栅板的方法，这种栅板包括一个其上具有一组凹槽、由基本上不吸收X-射线材料制成的基片，和凹槽中由基本吸收X-射线的材料构成的吸收材料。基片最好是由在吸收材料的熔点温度下能够保持稳定的材料制成。

Description

防散射X-射线栅板器件及栅板的制造方法

技术领域

本发明一般来说涉及诊断射线成像技术领域，更具体地说，涉及一种能够获得高分辨率、高对比度X-射线图像的防散射栅板和一种制造这种栅板的方法。

背景技术

在医疗诊断射线成像的过程中，X-射线照射到病人的身上。一部分X-射线被病人的身体吸收，其余的X-射线穿过病人的身体。这种对于X-射线的不同的吸收就在一张感光底片上形成了X-射线图像。

在穿过身体的X-射线中，基本射线不受阻碍地、沿着X-射线最初从射线源发射出来的路径直行。散射射线指的是穿过身体、被人体器官散射、然后与初始路径成一定角度行进的那一部分射线。基本射线和散射射线都会使感光底片曝光，但是散射射线，由于其轨迹的不同，降低了所形成投影图像的对比度(清晰度)。例如，在常规的后胸/前胸X-射线检查时，大约6 0％的穿过身体的射线可能是散射射线的形式，于是造成图像对比度的明显损失。所以需要滤掉尽可能多的散射射线。

用于滤掉散射射线的一个实施例包括一个设置在人体与感光底片之间的防散射栅板。散射射线撞击到栅板中的吸收剂(不透性)材料并被吸收掉。但是有一部分基本射线也被吸收材料吸收掉。这个实施例的射线成像装置由于消除了散射射线，因而提供了较高对比度的射线图像，但是为了能够使要成像的器官适当曝光需要增加对病人的辐射剂量。要求增加辐射的一个原因是散射射线不再是成像X-射线束的一部分，另一个原因是有30％或者更多的基本射线撞击在栅板中的吸收材料上，并且被滤掉(即，被吸收掉)。

如果将栅板作为射线成像系统的一部分，为曝光所需增加的辐射可以达到7倍或者更多，即，病人可能要接收7倍的X-射线辐射剂量。因为高剂量X-射线辐射对于被曝光者的健康造成危害，所以需要减少病人在接受X-射线检查过程中所受到的X-射线辐射剂量。

现有技术中许多栅板使用薄铅片作为X-射线吸收剂，用铝片或者纤维复合片作为可透性间隔材料。传统制造工艺包括以下步骤：繁琐地将吸收剂材料片和非吸收剂间隔材料片叠置并且吃力地彼此相间粘结在一起，直到成千这样的相间层构成一个叠层。此外，为了构成一个聚焦栅板，还必须以精确的方式设置各层以使它们彼此之间成一个微小的角度，从而各个层都固定聚焦到一条会聚线：X-射线源。在复合片装配成一个叠层之后，还必须沿着叠层的主表面将其切割并仔细加工到所需的栅板厚度，这个厚度通常只有0.5毫米，所形成的脆弱的复合片的尺寸为，例如，40厘米×40厘米×0.5毫米，这是非常难以加工的。如果叠层经受住了机加工和处理工艺，还必须与足够强度的材料叠置以加强脆弱的栅板组件和为在该领域中使用提供足够的机械强度。这种栅板的偶然撞击、弯曲、或跌落都会造成内部损伤，造成无法修复的脱层，从而使栅板完全报废。

在栅板设计中最重要的参数是栅格比，栅格比定义为X-射线吸收片的高度与它们之间的距离的比值。这个比值一般在4∶1到16∶1的范围。由于目前的制造极限的限制，实际上，铅片厚度的下限约为0.050毫米，即，加工这个厚度或这样薄的片是极端困难的，一个栅格比为4∶1，线定额数为每厘米60线的栅板要求间隔材料的厚度为0.12毫米，使得栅板只有0.5毫米厚。因为制造的限制，这些栅板中的铅片通常都太宽，所以形成了大的横截面，吸收了30％或更多的基本射线，这是所不希望的。此外，厚片还导致底片上产生不希望出现的阴影图像。为了消除阴影，需要提供一个机械装置，在曝光时将栅板移开。栅板的移动引起横向的偏心，因而造成多吸收20％的基本射线。因此为了弥补使用宽吸收片的这个缺陷，需要明显增加病人吸收的辐射剂量，

发明内容

所以，本发明的一个实施例的目的之一是提供一种具有高线定额数的坚固耐用的防散射栅板，从而在X-射线曝光期间不再需要移动栅板。

所以，本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种具有均匀的栅板线和间隔的栅板，这种栅板能够比传统的栅板吸收较少基本射线，从而可以减少为使感光片适当曝光所需的X-射线辐射量。

所以，本发明的一个实施例的又一个目的是提供一种聚焦于X-射线源、能够改善图像对比度的栅板。

所以，本发明的一个实施例的一个目的是提供一种制造坚固耐用的防散射栅板的有效方法。

本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种用于制造具有高线定额数栅板的方法。

本发明的一个实施例的又一个目的是提供一种用于制造具有均匀的栅板线和间隔、能够比传统的栅板吸收较少基本射线、从而可以减少为使感光片适当曝光所需的X-射线辐射量的栅板的方法。

本发明的一个实施例的再一个目的是提供一种制造聚焦到X-射线源，并且能够改善图像对比度的栅板的方法。

简言而之，根据本发明的一个方面，一种用于制造一种用于医疗诊断射线成像的防散射X-射线栅板的方法，该方法包括以下步骤：制作一个具有凹槽的基片，该基片包括实质上不吸收X-射线的塑料材料；和熔化实质上吸收X-射线的吸收材料，并且使该熔化的吸收材料流入所述凹槽，所述基片由能够在该吸收材料的熔化温度上保持稳定的材料构成。

根据本发明的另一个方面，一种用于医疗诊断射线成像的防散射X-射线栅板，该栅板包括：一个具有凹槽的基片，该基片包括实质上不吸收X-射线的材料；和凹槽中的吸收材料，该吸收材料包括实质上吸收X-射线的材料，其中，所述吸收材料的高度与凹槽之间距离的比值在2∶1到16∶1的范围内，每厘米宽度内凹槽的线定额数在30到300的范围内。

附图说明

本发明的新颖特征将在权利要求书中专门提出。但是，发明本身，包括其结构和制作方法，以及本发明的其他目的和优点，通过以下结合附图所作的描述将得到更好的理解，图中相同的标号表示相同的部件，在这些附图中：

图1为一个射线成像装置的侧剖图；

图2一个防散射X-射线栅板的局部侧剖图；

图3为一个切割锯片的前视图；

图4为图3中切割锯片的侧剖图；

图5为穿过非吸收材料基片的一条凹槽的局部透视图；

图5a为穿过非吸收材料基片的一条凹槽的另一个实施例的局部透视图；

图6为一个基片支撑表面的侧剖图，该支撑表面可以旋转，以提供基片凹槽所需的角度；

图7为覆盖有粘结增强材料的一条凹槽的侧剖图；

图8为将凹槽用吸收材料填充以后与图7类似的视图；

图9为将基片和吸收材料表面覆盖一层保护层之后与图8类似的视图。

具体实施方式

图1为一个射线成像装置的侧剖图。一根X-射线管1产生并发射向身体3方向行进的X-射线2。一部分X-射线4被身体吸收掉，而同时另一部分射线作为基本射线则穿过身体沿着路径5和6行进，其余的射线作为散射射线被偏转并沿着路径7行进。

经路径5、6和7的射线朝着感光片8行进，在感光片8处射线被增光屏9吸收，该增光屏覆盖有一种可发出一定波长的可见光的荧光的光敏材料，因此使感光片8曝光(射线成像)得到潜像。

当在身体3和感光片8之间放置一个防散射栅板10时，辐射路径5、6和7中的射线通向感光片8前面的防散射栅板10。辐射路径6中的射线穿过栅板的可透性材料11，而辐射路径5和7中的射线则撞击在吸收材料12上，被吸收掉。辐射路径7中的射线的吸收消除了散射射线。辐射路径5中射线的吸收则消除了一部分基本射线。辐射路径6中的射线，剩余的基本射线，则射向感光片8，被增光屏9吸收，增光屏9发出一定波长的可见光荧光，使感光片8曝光得到潜像。

图2为防散射X-射线栅板10的局部侧剖图。如上所述，栅板设计中的一个重要参数是栅格比r，这个参数定义为各X-吸收片12的高度与它们之间的距离d的比值。对于医疗诊断射线成像，这些比值通常在2∶1到16∶1的范围。在设计参数中的另一个相互关联的变量是表示每厘米内片数的线定额数。吸收片必须足够薄，以使这些吸收片的组合厚度和它们之间的距离不超过给定厘米的范围，并具有预定的线定额数。通常，线定额数在30到80线/厘米之间变化，吸收片在侧剖面方向的宽度在15到50微米的量级。利用本发明，可以达到更高的线定额数(高达约300)，所以能够改善图像对比度。

图3和图4分别为切割锯片21的前视图和侧剖视图。图5为通过基本不吸收X-射线的基片上的一条凹槽的局部透视图。根据本发明的一个实施例，防散射X-射线栅板是通过将不吸收X-射线的基片材料11的固体表面切割，形成所需数量的一定尺寸的一组直线吸收剂凹槽而制成的。基片可以由任何具有能够承受进一步处理和使用的适当的结构和热性能的基本上不吸收X-射线的材料构成。术语“基本不吸收”的意思是基片厚度和材料足以防止X-射线的明显衰减，使得至少85％的(可取的是至少95％)X-射线能够通过基片。在一个实施例中，基片由一种塑料，如Ultem聚醚酰亚胺(polyetherimide)(Ultem是通用电器公司在美国注册的商标)。其他适合的基片材料的例子包括基本不吸收X-射线的聚酰亚胺、聚碳酸酯、其他聚合物、陶瓷、木材、石墨、玻璃、金属或它们的组合物。基片还可以包含填充材料，诸如碳、玻璃或陶瓷的颗粒或纤维，这些填充材料对于，例如，提供良好的机械性能可能是有用的。

基片为栅板提供结构支撑，并且由于塑料比铝片吸收较少的X-射线，所以是特别有用的。

锯可以包括一个用于在基片11上切割适当宽窄和深度的凹槽的锯片。这种锯21的实例包括，例如，由Tokyo Seimitsuof Japan and Semitec of Santa Clara，California公司生产的、在半导体工业中用于切割硅基片的那种类型的锯。锯片薄的部分20从锯片较厚的靠内部分22延伸出来，靠内部分22可绕轴24旋转。可取的是，锯片厚度在15到70微米的范围内，从而这些锯片可以切出所需要的线定额数。在一个实施例中，锯片由涂覆有金刚砂的树脂制成。其他适合制作锯片的材料包括，例如，具有硬的碳化物合金覆层，如硅或钨碳化物合金的金属或树脂。

可以将许多锯片一个挨一个排列以同时切出这些凹槽，也可以用一个锯片顺序切割每一片凹槽。如果锯片不是足够深，那么有一种制造技术是将基片反过来，在基片的相反表面上切割，以形成具有两部分26a和26b组成的凹槽，如图5a所示。

可取的是，为了使后面的制造工艺简单，凹槽不完全穿过基片。凹槽结构可以是几种类型之一。在一个实施例中，这些凹槽都垂直于基片表面。在另一个实施例中，有一部分凹槽与表面成预定的角度以形成一个聚焦栅板。市售的切割锯片一般是垂直于基片平面进行切割的。如果需要一个角度，可以如图6中的实施例所示那样利用旋转基片支撑表面28得到这个角度，图6是基片支撑表面的侧剖图，基片支撑表面是可旋转的，以提供基片凹槽所需的角度。即使不需要有角度的凹槽，因为用于切割半导体基片的锯片并不总是足够大(或者不总是具有足够大的运动范围)以形成所需的凹槽长度，所以在基片下面使用一个可移动的支撑台，例如由Anorrad Corporation ofHauppaugue，NY公司生产的支撑台，也是有用的。

凹槽不限于采用上述切割锯得到的长方形状。凹槽另外可以是圆形的或包含其他形状的空腔，并且可以任何方法，例如蚀刻、模压、热变形和/或热重整、磨、钻、或者这些方法的任意组合来形成。

在形成这些凹槽以后，将吸收材料12，它是基本上吸收X-射线的，注入这些凹槽中。术语“基本上吸收”的意思是材料的厚度和密度足以使X-射线基本衰减掉，从而至少90％(可取的是至少95％)的X-射线被吸收掉。在本发明的一个实施例中，是在真空状态下用一种很容易熔注进凹槽中的吸收材料填充这些凹槽的。在一个优选实施例中，吸收材料是一种铅铋合金。其他适合的吸收材料包括金属，如铅、铋、金、钡、钨、铂、汞、铊、铟、钯、硅、锑、锡、锌，以及它们的合金。

基片材料和吸收材料必须经过选择，使得基片材料在制造工艺所需的时间里能够经受住熔化和注入吸收材料所需的温度。

图7为覆盖了一层可选的适宜的粘结增强材料34的凹槽26的侧剖图。为了帮助粘结吸收材料，可以在凹槽表面施加一层粘结增强材料。在一个实施例中，覆盖了足够厚度的一层铜，使得凹槽表面基本被连续覆盖住。其他适合的粘结增强材料包括，例如，镍和铁。在基片外表面上残留的粘结增强材料可以在这时去掉，或者在以后的时间里和残留的吸收材料一起去掉。

图8与图7类似，表示用填充材料填充凹槽之后的情况。

Belmont Metals of Brooklyn，NY，公司出品的一种合金为44％铅-56％铋、熔点为125℃的易熔合金。40％铅-60％铋到50％铅-50％铋组成范围的合金也接近于该易熔合金。由于这种合金构成了一种低熔点的易熔合金，并且对于在125千电子伏特下的X-射线质量吸收率为3.23，这个值优于纯铅的吸收率(对于在125千电子伏特下吸收率为3.15)。由于不吸收X-射线的塑料基片在吸收材料的低熔点下保持稳定，所以使用这种基片材料和铅铋吸收材料是可取的。

残留在基片外表面上的多余粘结增强材料和/或不吸收X-射线的材料可以用诸如抛光、研磨、或切削等技术去掉。

如果需要清理或封装栅板以使栅板得到完全保护或者具有美观的外表，可以采用任何一种精加工技术，例如抛光、涂漆、层叠、化学移植、溅射、粘结，或者诸如此类的技术。图9与图8相似，表示基片和吸收材料表面被覆盖一层保护层38以后的情况。保护层可以由与上述的构成基片类似的材料构成。在一个实施例中，保护层38是由一种塑料，如聚醚酰亚胺构成。保护层由基本不吸收X-射线的材料构成，能够帮助防止基片和吸收材料被划伤。此外，如果吸收材料中包含金属，如铅时，出于安全的考虑保护层也是有用的。

实施

用一个精密切割锯制成一个基片由Ultem聚醚酰亚胺1000制成的栅板样品，用所说锯切割大小为10×10×0.5厘米的样品，在其表面上形成宽度w为50微米、高度h为600微米、长度1为10厘米的一组凹槽(w，h，和l表示在图5中)，因而线定额数为67线/厘米，这些槽线之间等间距，栅格比为6∶1。

然后在真空状态下将基片浸人熔化的、温度为140℃的44％铅-56％铋合金中，在小于10乇的压力作用下，将上述铅铋合金注入基片中。将基片取出，让其冷却到室温，然后将其抛光以去掉任何多余或杂散的金属。用显微镜检查它，发现凹槽已经被完全和均匀地填满了。

本发明的栅板器件可以进行再处理，即可以通过加热整个器件将没有完全或者较好地流入凹槽中的吸收材料去掉并重新注入吸收材料。此外，这个特征可以被用于在以后废弃栅板之前回收(或去掉)这些吸收材料。这个可去掉吸收材料的性能是非常有好处的，特别是在铅可能引起与安全相关问题的情况下和在需要循环使用基片材料的情况下。

虽然本申请中只图示并描述了本发明的某些优选的特征，但是对于本领域的技术人员来说，可以有许多改进和变化。所以，可以理解，所提出的权利要求书将在本发明的真正构思范围内覆盖所有这些改进和变化。

Claims (20)

1.一种用于制造一种用于医疗诊断射线成像的防散射X-射线栅板的方法，该方法包括以下步骤：

制作一个具有凹槽的基片，该基片包括实质上不吸收X-射线的塑料材料；和

熔化实质上吸收X-射线的吸收材料，并且使该熔化的吸收材料流入所述凹槽，所述基片由能够在该吸收材料的熔化温度上保持稳定的材料构成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制作一个具有凹槽的基片的步骤包括用一个薄的圆锯切割塑料基片的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述切割步骤包括在基片的至少一个表面上切割的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在使熔化的吸收材料流入所述凹槽之前，用粘结增强材料覆盖凹槽表面的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吸收材料包括铅铋合金，所述粘结增强材料是从铜、镍和铁的物质组中选出的一种材料。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，制作具有凹槽的基片的步骤包括至少形成一部分有角度凹槽的步骤。

7.一种用于医疗诊断射线成像的防散射X-射线栅板，该栅板包括：

一个具有凹槽的基片，该基片包括实质上不吸收X-射线的材料；和

凹槽中的吸收材料，该吸收材料包括实质上吸收X-射线的材料，所述基片包括能够在该吸收材料的熔化温度上保持稳定的塑料材料。

8.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，所述吸收材料包括一种铅金属合金。

9.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，所述吸收材料包括由60％到50％范围的铋和由40％到50％相应范围的铅。

10.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，在所述基片和所述吸收材料之间还包括一层粘结增强材料。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在使熔化的吸收材料流入所述凹槽之后，磨光所述基片的至少一个表面。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少形成一部分有角度凹槽的步骤包括将所述基片置于一个可旋转的支撑表面上。

13.如权利要求1所述的栅板，其特征在于，所述吸收材料包括能够熔化和从所述基片除去的材料。

14.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，所述基片是从聚醚酰亚胺、聚酰亚胺和聚碳酸酯这一组中选择出的一种材料。

15.如权利要求14所述的栅板，其特征在于，所述基片还包括填充材料。

16.如权利要求8所述的栅板，其特征在于，还包括在所述基片和所述吸收材料之间的粘结增强材料，所述粘结增强材料是从铜、镍和铁的物质组中选出的一种材料。

17.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，所述吸收材料包括一种金属合金，所述合金包括从铅、铋、金、钡、钨、铂、汞、铊、铟、钯、硅、锑、锡和锌的物质组中选出的材料。

18.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，还包括所述基片的至少一个表面上的一个保护层，所述保护层包括实质上不吸收X-射线的材料。

19.如权利要求18所述的栅板，其特征在于，所述保护层包括塑料。

20.如权利要求7所述的栅板，其特征在于，至少所述一部分凹槽形成角度使得这些凹槽对准一X-射线源。

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