DE3909449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtschirmen, Verstärkungs- oder Speicherfolien für die Röntgendiagnostik gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist bekannt, daß bei der Umwandlung von Röntgenstrahlen in sichtbares Licht in einem Leuchtschirm oder einer Ver­ stärkungsfolie ein Kompromiß zwischen der mit steigender Schichtdicke des Leuchtstoffs größer werdenden Lichtaus­ beute und der durch Lichtstreuung im Leuchtstoff abnehmen­ den Ortsauflösung geschlossen werden muß. Beim Einsatz von Verstärkerfolien, die auf beiden Seiten des Röntgenfilms als Vorder- bzw. Rückfolie angebracht werden, hat dies dazu geführt, daß je nach medizinisch-diagnostischer Spezifika­ tion bestimmte Typen von Verstärkerfolien vorliegen, die in verschiedene Empfindlichkeitsklassen eingeteilt sind. Fo­ lien der höchsten Empfindlichkeitsklasse, die hoch­ verstärkenden Folien, erfordern eine geringe Röntgendosis, sie besitzen allerdings eine relativ schlechte Auflösung. Feinzeichnende Folien, die sich durch eine besonders gute Auflösung auszeichnen, erfordern dagegen einen relativ ho­ hen Dosisbedarf in der diagnostischen Röntgen-Aufnahmetech­ nik.

Bei der Verwendung von Speicherfolien, die mit einem fein gebündelten Laserstrahl ausgelesen werden, spielt zwar die Streuung des ausgelesenen Lichtes im Leuchtstoff im allge­ meinen keine Rolle, da es von einem genügend breiten Licht­ leiter auf den Photomultiplier weitergeleitet werden kann. Die Auflösung wird jedoch mit steigender Schichtdicke des Speicherleuchtstoffs durch die Streuung des für die Auflö­ sung maßgeblichen Laser-Lichtbündels vermindert, so daß sich eine ähnliche Situation wie beim Leuchtschirm oder bei der Verstärkerfolie ergibt.

Einige Lösungsvorschläge für das aufgezeigte Problem sehen z. B. vor, daß der Leuchtstoff in Form von Säulen (Krestel, Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik; Sie­ mens AG (1980), Seite 235) oder anderen voneinander iso­ lierten Strukturen (EP-OS 01 75 578 A2) auf einen Träger auf­ gebracht wird, wobei durch die räumliche Unterteilung des Leuchtstoffes die Ausbreitung von Streulicht verhindert oder zumindest vermindert werden soll.

Es wurde auch mehrfach vorgeschlagen, den Nachteil geringer Auflösung bei großer Schichtdicke des Leuchtstoffs dadurch zu beheben, daß der Leuchtstoff in einem wabenartigen Ra­ ster mit möglichst kleinen Abmessungen eingeschlossen wird, dessen lichtundurchlässige bzw. lichtreflektierende Wände eine laterale Ausbreitung des Lichts bzw. des Laserstrahls und damit eine Verminderung des Auflösungsvermögens verhin­ dern (EP-OS 01 26 564 A2, DE 33 25 035 A1).

Geht man davon aus, daß zur weitgehenden Ausnutzung des einfallenden Röntgenlichtes Schichtdicken h des Leucht­ stoffs von 500 bis 1000 µm anzustreben sind und daß zur Vermeidung von Bildstörungen die Stärke x der den Leucht­ stoff unterteilten Wände oder Spalte 10 µm im allgemeinen nicht überschreiten sollte, ergeben sich als anzustrebende Aspektverhältnisse h/x der Wände Werte in der Größenord­ nung von 50-100. Die relativ dünnen Wände sollten dabei möglichst parallel zur einfallenden Röntgenstrahlung ausge­ richtet sein. Diese Forderungen lassen sich mit den bisher bekanntgewordenen Lösungsvorschlägen und mit erträglichem Aufwand nicht oder zumindest nicht gleichzeitig erfüllen. Daher haben in wabenartige Raster eingeschlossene Leucht­ stoffe in der Praxis bislang kaum Eingang gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtschirmen, von Verstärkungs- oder Speicherfolien für die Röntgendiagnose vorzuschlagen, bei der die oben genannten Forderungen gleichzeitig erfüllt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen von Anspruch 1 enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen. Die hierauf bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dabei nicht nur möglich, die bisher ge­ stellten Forderungen an die Kammerung der Leuchtstoffe zu erfüllen, sondern die für die Kammerung der Leuchtstoffe vorgesehenen Mikrostrukturen können sogar noch wesentlich verkleinert werden. Damit ist nicht nur eine Verbesserung der Röntgendiagnose in den Bereichen möglich, in welchen bisher schon Verstärkerfolien eingesetzt werden, sondern Verstärkerfolien, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, können auch in Bereichen eingesetzt werden, in welchen bisher aufgrund der hohen Anforderungen an das Auflösungsvermögen überhaupt keine Folien oder nur einseitige Verstärkerfolien als Rückfolien Anwendung fin­ den.

Besonders hohe Anforderungen an die Auflösung bestehen im Bereich der Dental-Radiographie, wo im allgemeinen ohne Verstärkerfolien gearbeitet wird. Die Patienten werden da­ her bei einer Dental-Röntgendiagnose besonders hohen Strah­ lendosen ausgesetzt. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kammerung des Leuchtstoffes in Zellen mit einem Durch­ messer kleiner 30 µm bei Zwischenwänden mit Wandstärken von etwa 5 µm möglich ist, kann mit so hergestellten Verstär­ kerfolien die in diesem Einsatzbereich geforderte Auflösung von etwa 14 Linienpaaren pro mm erreicht werden. Durch den Einsatz der neuen Verstärkerfolien reduziert sich bei glei­ cher Auflösung die notwendige Röntgendosis um etwa einen Faktor 10.

Auch in der Mammographie, wo z. B. kleinste Kalkablagerungen diagnostiziert werden müssen, wird eine ähnlich hohe Auflö­ sung gefordert. Im allgemeinen wird daher in diesem Ein­ satzgebiet bisher nur mit einer feinzeichnenden Rückfolie ohne Vorderfolie gearbeitet. Hier wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Verstärkerfolien als Vorder- und Rückfolien bei gleicher Auflösung eine Reduktion der not­ wendigen Strahlendosis um etwa den Faktor 3 erreicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lassen sich Leuchtschirme, Verstärkungs- oder Speicherfolien herstel­ len, bei denen die Zwischenwände, die die wabenförmigen, mit Leuchtstoff gefüllten Kammern bilden, aus Kunststoff (Fall a) oder Metall (Fall b) bestehen. Im Falle a) (Mi­ krostruktur mit Zwischenwänden aus Kunststoff) wird ein Fertigungsschritt weniger benötigt als im Falle b) (Mi­ krostruktur mit Zwischenwänden aus Metall). Man wird diese Zwischenwände daher nur dann aus Metall herstellen, wenn dies aufgrund der besseren mechanischen Stabilität, der längeren Lebensdauer oder der höheren Beständigkeit gegen die Röntgenstrahlung erforderlich ist.

Für beide Fälle soll die Herstellung im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert werden. Die Fig. 1 bis 5 zeigen schematisch die einzelnen Schritte zur Her­ stellung der Mikrostrukturen aus Kunststoff (Fall a), die Fig. 6 bis 11 zeigen die Schritte für die metallische Mikrostruktur (Fall b).

Als Ausgangsmaterial dient in beiden Fällen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 6 eine 0,3 mm starke Platte 1 aus Polymethylme­ thacrylat (PMMA), die festhaftend auf einer metallischen Grundplatte 2 aufgebracht ist. Die PMMA-Platte wird gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 6 über eine Röntgenmaske 3 mit extrem paralleler Synchrotronstrahlung 4 bestrahlt. Die Röntgen­ maske besteht aus einem die Röntgenstrahlung nur schwach absorbierenden Träger 5 und einem die Röntgenstrahlung stark absorbierenden Absorber 6a bzw. 6b. In den nicht von dem Absorber abgeschatteten Bereichen 7 bzw. 8 wird das PMMA strahlenchemisch verändert und durch eine Entwickler­ lösung entfernt, so daß nur noch die PMMA-Zwischenwände 9 (Fall a, Fig. 2) bzw. die PMMA-Säulen 10 (Fall b, Fig. 7) auf der Grundplatte 2 stehen bleiben. Durch galvanische Ab­ scheidung von Nickel auf der als Elektrode dienenden metal­ lischen Grundplatte 2 wird die metallische Negativform (Fall a, Fig. 3) bzw. die metallische Positivform (Fall b, Fig. 8) hergestellt. Die metallische Negativform (Fig. 3) besteht aus 300 µm hohen Nickel-Säulen 11, die durch netz­ förmig miteinander verbundene Zwischenräume 12 voneinander getrennt sind, wobei die Breite dieser Zwischenräume 5 µm beträgt. Die Nickel-Säulen 11 haben einen Durchmesser von 30 µm.

Die metallische Positivform (Fig. 8) besitzt Zwischenwände 13, die 5 µm schmal sind und eine Höhe von 300 µm aufwei­ sen, während die voneinander isolierten Hohlräume 14 einen Durchmesser von 30 µm haben.

Die freien Zwischenräume 12 der Negativform (Fig. 3) wer­ den mit einer Abformmasse aufgefüllt. Dabei kann die ge­ samte Metallform auf der Oberseite etwa 20 µm stark mit Kunststoff überzogen werden, so daß ein zusammenhängender Überzug 18 mit integrierten Zwischenwänden 15 (Fig. 4 und Fig. 5) entsteht. Anschließend wird die so gebildete Mi­ krostruktur aus Kunststoff von der Metallform getrennt. Entsprechend den Maßen der Metallform haben die wabenförmi­ gen Hohlräume 16 der Mikrostruktur einen Durchmesser von 30 µm und die Stärke der Zwischenwände 15 beträgt 5 µm. Die Zwischenwände 15 werden mit einem lichtreflektierenden Überzug versehen und die wabenförmigen Hohlräume 16 werden mit dem Leuchtstoff 17 gefüllt. Anschließend wird die mit Leuchtstoff 17 gefüllte Mikrostruktur aus Kunststoff mit einer als Schutzhaut dienenden Polyimid-Folie 19 von unge­ fähr 10 µm Dicke abgedeckt (Fig. 5).

Bei der Positivform (Fig. 8) werden die Waben 14 mit Ab­ formmasse aufgefüllt, so daß nach der Trennung von der Me­ tallform eine mit Säulen 20 aus Abformmasse bestückte Zwischenform (Fig. 9) entsteht, die durch netzförmig mitein­ ander verbundene Zwischenräume 21 voneinander getrennt sind. Die Abformung der metallischen Positivform (Fig. 8) mit Abformmasse erfolgt dabei so, daß die Säulen 20 der Zwischenform aus Abformmasse (Fig. 9) fest auf einem als Elektrode dienenden Substrat (nicht dargestellt) haften, auf welchem galvanisch Nickel abgeschieden werden kann. Durch die galvanische Abscheidung auf diesem Substrat wird aus der Zwischenform (Fig. 9) eine metallische Mikrostruktur (Fig. 10) hergestellt mit nach Entfernen der Abformmasse entstehenden wabenförmigen Hohlräumen 22, die durch metallische Zwischenwände 23 voneinander getrennt sind. Die Maße der Waben und Zwischenwände entsprechen dabei genau den Maßen der Positivform aus Metall gemäß Fig. 8. Nach Lösen der metallischen Mikrostruktur (Fig. 10) von dem Substrat werden die Waben 22 mit Leuchtstoff 17 gefüllt und die Struktur wird beidseitig mit einer dünnen, als Schutzhaut dienenden lichtdurchlässigen Polyimid-Folie 19 abgedeckt.

Die so hergestellten Folien mit gekammertem Leuchtstoff können als Leuchtschirme, Vorder- oder Rückverstärkungsfo­ lien und als Speicherfolien eingesetzt werden.

Bei einem Einsatz als Rückverstärkungsfolie oder als Spei­ cherfolie ist es auch möglich, den Überzug 18 bei der Mikrostruktur aus Kunststoff (Fig. 4, Fig. 5) wesentlich dicker auszuführen bzw. bei der Mikrostruktur aus Metall (Fig. 10, Fig. 11) die metallischen Zwischenwände 23 fest auf dem Substrat zu belassen und die Struktur nur einseitig mit der als Schutzschicht dienenden Polyimid-Folie 19 abzu­ decken.

Durch die Verwendung der extrem parallelen Synchrotronstrah­ lung 4 werden Mikrostrukturen erzeugt, die überall auf der Grundplatte 2 senkrecht stehen und damit sind alle Zwi­ schenwände 15 bzw. 23 der wabenartigen Mikrostrukturen völ­ lig parallel.

Wie in Fig. 12 dargestellt ist, wird bei der Röntgendiag­ nose eine punktförmige Röntgenquelle 24 eingesetzt, so daß die Röntgenstrahlung 25 strahlenförmig von einem Punkt 26 ausgeht. Dies führt beim Einsatz von mit Synchrotronstrah­ lung hergestellten wabenförmigen Mikrostrukturen mit paral­ lelen Wänden 23 zur Kammerung des Leuchtstoffes 17 dazu, daß Röntgenstrahlung 25 und Zwischenwände 23 nicht überall parallel zueinander sind und die Absorption der Röntgen­ strahlung in besagten Zwischenwänden 23 vom Ort abhängt. An den Rändern der Leuchtschirme, Verstärkungs- oder Speicher­ folien wird daher die Röntgenstrahlung 25 weniger effektiv in sichtbare Strahlung 27 umgewandelt, was durch die Länge der Pfeile 27 angedeutet ist. Die Randgebiete erscheinen daher z. B. auf einem Leuchtschirm etwas dunkler bzw. auf einem hinter der Verstärkungsfolie angebrachten Negativfilm etwas heller.

Ist bei der Röntgendiagnose eine völlige gleichmäßige Um­ wandlung von Röntgenstrahlung in sichtbares Licht gefor­ dert, so kann man - wie in Fig. 13 dargestellt - die Be­ strahlung der PMMA-Platte 1 über die Röntgenmaske 3 mit der Strahlung einer Hochleistungs-Röntgenröhre 28 anstelle der Synchrotronstrahlung durchführen. Da hier die energiereiche Strahlung 29 zur Änderung der Materialeigenschaften des PMMA von einem Punkt 26a ausgeht, ergibt der Schattenwurf der Röntgenmaske 3 eine Mikrostruktur, bei der die Wände nicht parallel sondern auf diesen Punkt 26a fokussiert sind. Bei dieser Bestrahlung wird der Abstand 30 zwischen der Hochleistungs-Röntgenröhre 28 und der PMMA-Platte 1 ge­ rade so groß gewählt wie bei der Röntgendiagnose der Ab­ stand zwischen der mit Leuchtstoff 17 gefüllten Mikrostruk­ tur und der Röntgenquelle 24. Nach einer analogen Prozeß­ folge, wie sie in den Fig. 7 bis 11 dargestellt ist, entsteht eine Mikrostruktur (Fig. 14), deren metallische Wände 31 genau auf den Fokussierungspunkt 26 der bei der Röntgendiagnose verwendeten Röntgenquelle 24 fokussiert sind. Eine analoge Mikrostruktur mit fokussierten Wänden aus Kunststoff (nicht dargestellt) entsteht durch die Pro­ zeßfolgen, die in den Fig. 2 bis 5 dargestellt sind. Da­ her wird die Röntgenstrahlung 25 im gesamten Gebiet völlig gleichmäßig in sichtbares Licht 27 umgewandelt, in Fig. 14 durch die gleiche Länge aller Pfeile 27 angedeutet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Leuchtschirmen, Verstärkungs- oder Speicherfolien für die Röntgendiagnostik, die aus ei­ ner wabenartigen Mikrostruktur mit Wänden und Hohlräumen bestehen, deren Hohlräume mit Leuchtstoff gefüllt sind, bei dem eine metallische Form wiederholt mit einer Abformmasse abgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur galvanopla­ stischen Herstellung

• a) einer mit metallischen Säulen (11) bestückten Negativ­ form oder
• b) einer mit metallischen Waben (13) bestückten Positivform

in einer Platte (1) aus durch energiereiche Strahlung (4) in seinen Eigenschaften veränderbarem Material, bevorzugt Polymethylmethacrylat, durch partielles Bestrahlen mit der energiereichen Strahlung (4) und Entfernen des strahlenchemisch veränderten Materials, unter Ausnutzung der durch die Bestrahlung erzeugten unterschiedlichen Materialeigenschaften senkrecht oder schräg zur Plattenoberfläche, voneinander isolierte Hohlräume (7) zum galvanoplastischen Aufbau der metallischen Negativform bzw. netzförmig miteinander verbundene Zwischenräume (8) zum galvanoplastischen Aufbau der metallischen Positivform eingearbeitet werden, worauf mit der so behandelten Platte als Schablone und einer mit ihr in Verbindung stehenden Elektrode (2) galvanisch die metallische Negativform (11) bzw. die metallische Positivform (13) erzeugt wird, wonach

• im Fall a) mit der Negativform (11) zahlreiche wabenartige Mikrostrukturen (15, 18) aus Abformmasse herge­ stellt werden, wobei die Zwischenwände (15) durch Verwendung einer lichtabsorbierenden Abformmasse oder durch Aufbringen eines lichtreflektierenden Überzugs lichtundurchlässig gemacht werden
• im Fall b) mit der metallischen Positivform (13) zahlreiche mit Säulen (20) aus Abformmasse bestückte Zwischenformen hergestellt werden, mit denen unter Verwendung eines bei der Abformung angebrachten, als Elektrode dienenden Substrats galvanisch wabenartige Mikrostrukturen (23) aus Metall hergestellt werden,

wonach sowohl im Fall a) wie im Fall b) die Hohlräume (16, 22) der wabenartigen Mikrostrukturen mit Leuchtstoff (17) gefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung der Platte (1) parallele Synchrotronstrahlung (4) verwendet wird und dadurch alle Wände (15, 23) der wa­ benartigen Mikrostruktur parallel werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung der Platte (1) eine Röntgenröhre (28) mit punkt­ förmigem Brennfleck (26a) verwendet wird und dadurch alle Wände (31) der wabenartigen Mikrostruktur auf einen Punkt (26) fokussiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wabenartigen Mikrostrukturen Wände besitzen, die eine Stärke von 2 µm bis 10 µm aufweisen, und die mit Leuchtstoff gefüllten Hohlräume einen Durchmesser besitzen, der zwischen 15 µm und 150 µm liegt.