KR20160149293A - X-레이 산란-방지 격자 - Google Patents

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KR20160149293A
KR20160149293A KR1020167034166A KR20167034166A KR20160149293A KR 20160149293 A KR20160149293 A KR 20160149293A KR 1020167034166 A KR1020167034166 A KR 1020167034166A KR 20167034166 A KR20167034166 A KR 20167034166A KR 20160149293 A KR20160149293 A KR 20160149293A
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nitride substrate
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마크 슈햅켄스
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

X-레이 산란-방지 격자 조립체가, 질화붕소 기판 및 질화붕소 기판에 결합되는 X-레이 흡수 격벽들을 포함한다.

Description

X-레이 산란-방지 격자{X-RAY ANTI-SCATTER GRID}
본 발명은 X-레이 방사선 촬영에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은, X-레이 사진 품질을 개선하기 위한, X-레이 산란-방지 격자에 관한 것이다.
디지털 방사선 촬영의 사용은, 다양한 기술적 적용들에 대해 매우 귀중하게 지속되고 있다. 디지털 방사선 촬영은, 건강 관리 전문가들이 그들의 환자의 내적 이상을 파악하고 진단하도록 허용하는, 의학적 분야에서의 의지 대상이다. 부가적으로, 디지털 방사선 촬영의 사용은, 부품, 짐, 소포, 및 다른 물체의 내부 내용물을 가시화하기 위한 그리고 물체의 구조적 건전성을 가시화하기 위한 산업 분야에서, 그리고 다른 목적으로, 점증적으로 중요해져 왔다. 실제로, 디지털 X-레이 검출기들의 발전은, 방사선 촬영 분야에서 작업의 흐름 및 사진 품질을 향상시켰다.
일반적으로, 방사선 촬영은, 관심 있는 물체를 향해 지향되는 X-레이의 생성을 수반한다. X-레이는, 물체를 통해 그리고 그 주변을 통과하며, 그리고 이어서 X-레이 필름, X-레이 카세트, 또는 디지털 X-레이 검출기에 충돌한다. 디지털 X-레이 검출기의 맥락에서, 이러한 X-레이 광자들은, X-레이 광자들을 가시광, 또는 광학적 광자로 변환하는 신틸레이터(scintillator)를 횡단한다. 광학적 광자들은 이어서, 디지털 X-레이 수신기의 광 검출기와 충돌하며 그리고, 즉시 보이고, 저장되며, 및/또는 전기적으로 전송될 수 있는, 디지털 사진들로서 이후 처리되는, 전기적 신호들로 변환된다.
검출 매체에 도달하는 산란 방사를 줄이기 위해, X-레이 산란-방지 격자가 제안되고 사용되어 왔다. 산란-방지 격자들은 통상적으로, 저 X-레이 흡수 재료들과 분리되는 고 X-레이 흡수 재료들로 이루어지는, 복수의 격벽을 포함한다. 산란 방사를 줄이기 위한 이러한 접근법의 단점은, 산란 방사가 산란-방지 격자 내에 흡수될 뿐만 아니라 또한 직접적 방사의 일부가 흡수될 것이며, 이는 사진 품질 열화 영향을 가질 수 있거나 또는 동일한 사진 품질을 얻기 위해 더 높은 용량에 물체(또는 환자)를 노출시켜야만 하는 것으로 이어질 수 있다는, 점이다.
산란-방지 격자들은 전형적으로, 산란 방사를 흡수하기 위한 기하학적 패턴으로 배열되는 X-레이 흡수 재료의 얇은 시트들 및, 대부분의 직접적 방사가 산란-방지 격자를 통과하는 것을 허용하는, 흡수 시트들 사이의 저 X-레이 흡수 재료로 제작된다. 초점 조정된 산란-방지 격자들은, 요구되는 초점을 획득하기 위해 조립 도중에 격자 구성요소들을 정렬함에 의해 제조된다. 격자들을 제조하기 위한 하나의 특히 매력적인 방법은, 흑연과 같은, 초점 조정 패턴의 흑연 재료 내의 매우 미세한 슬릿들의 형성에 의존하며, 그리고 슬릿들은, 초점 조정 격자를 형성하기 위해, 납-비스무트 합금과 같은, X-레이 흡수 재료로 채워진다. 예를 들어, 양자 모두 그들 전체가 본 명세서에 참조로 통합되는, 미국 특허 제5,557,650호 및 제5,581,592호를 참조한다. 이러한 제조 공정은, 그러나, 대부분의 흑연 재료들 내에 예외 없이 존재하는, 기공들에 민감하다. 매우 미세한 슬릿들이 흑연 내에 기계가공될 때, 공정은, 기공을 관통하여 절단할 수 있다. 후속적으로 납-비스무트로 슬릿을 채울 때, 기공 또한 채워지며, 따라서 격자 내의 고 X-레이 투과가 요구되는 개소들에 X-레이 흡수 개소를 형성한다.
일 실시예에서, 본 발명은, X-레이 산란-방지 격자 조립체를 제공한다. X-레이 산란-방지 조립체는, 질화붕소 기판 및 질화붕소 기판에 결합되는 X-레이 흡수 격벽들을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은, X-레이 산란-방지 격자를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은, 질화붕소 기판을 제공하는 것 및 질화붕소 기판에 결합되는 X-레이 흡수 격벽들을 결합하는 것을 포함한다.
도 1은, 본 발명의 하나의 양태에 따른, X-레이 산란-방지 격자 조립체의 단면도이다.
도 2는 질화붕소 기판의 단면도이다.
도 3은, 복수의 채널을 기계가공한 이후의, 도 2의 질화붕소 기판의 단면도이다.
도 4는, X-레이 흡수 재료로 채널들을 채운 이후의, 도 3의 질화붕소 기판의 단면도이다.
뒤따르는 설명에서, 설명의 일부를 형성하는 그리고 실행될 수 있는 특정의 실시예들이 예시로서 도시되는, 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 이러한 실시예들은, 당업자가 실시예들을 실행할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되며, 그리고 다른 실시예들이 활용될 수 있다는 것 및 논리적, 기계적, 전기적, 및 다른 변경들이, 실시예들의 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 뒤따르는 상세한 설명은, 따라서 제한하는 의미로 취해지지 않는다.
본 발명은, 초점 조정 패턴으로 기계가공되는 매우 미세한 슬릿들을 갖는, 고 X-레이 투과성의, 실질적으로 무-기공(pore free)의, 질화붕소 기판 재료를 포함하며, 슬릿들은 후속적으로 납-비스무트 합금으로 채워지고, 따라서 채워진 격자들이 초점 조정 격자의 X-레이 흡수 격벽으로 형성되는 것인, X-레이 산란-방지 격자 물품이다. 다른 실시예에서, 실질적으로 기공이 없는, 질화붕소 기판 재료는, 적어도 부분적으로 X-레이 흡수 격벽들 사이에서 제거된다. 본 발명의 다른 양태가, 상기 산란-방지 격자 물체를 제조하는 방법이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 산란-방지 격자(10)가, 질화붕소 기판(14) 및 격벽 격자(20)를 형성하도록 배열되는 복수의 격벽(18)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 질화붕소 기판(14)은, 쉽게 기계가공되는 조밀하고 강한 공학적 재료를 형성하기 위해, 최대 2000℃의 온도 및 최대 2000 psi의 압력에서 압축되는, 고온 압착 질화붕소 세라믹 시트의 형태로 제공될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 질화붕소 기판(14)은, 1400℃ 내지 2000℃ 사이 그리고 그 이상의 온도에서 화학적 기상 증착(CVD)되는, 열분해 질화붕소(pyrolitic boron nitride: PBN)일 수 있다.
제조의 특성(결정화 또는 원자 증착에 의한 원자)으로 인해, 이러한 질화붕소 재료들은, 산란-방지 격자 제조 공정에서 문제가 되는 크기의 것일 수 있는, 기공들을 수용하는 것이 본질적으로 쉽지 않다. 다른 한편, 통상적으로 사용되는 흑연 재료들(배경기술 참조)은, 연관되는 크기의 기공들을 구비하기 매우 쉽다.
도 3을 참조하면, 복수의 좁은(즉, 미세한) 채널(22)이, 기계가공과 같은 재료 제거 공정에 의해, 질화붕소 기판(14) 내에 형성된다. 채널들(22)은, 채널들을 동시에 절단하기 위해 나란히 배열되는 복수의 블레이드, 또는 각각의 채널들을 연속적으로 절단할 수 있는 단일 블레이드를 사용하여, 절단될 수 있을 것이다. 블레이드가 충분한 깊이의 것이 아닌 경우, 이때 하나의 제조 기법은, 기판을 뒤집고, 2개의 부분을 구비하는 채널을 형성하기 위해 기판의 반대 표면 상에서 절단한다. 바람직하게 후속 제작의 편의를 위해, 채널들(22)은, 기판(14)을 완전히 관통하도록 연장되지 않는다.
채널 배치 형태는 여러 유형들 중 하나일 수 있을 것이다. 예시된 실시예에서, 적어도 하나의 채널(22)(예를 들어, 채널(22’))이, 기판(14)의 표면(26)에 실질적으로 수직으로 지향하게 된다. 일부 실시예에서, 모든 채널들이 기판의 표면에 대해 수직일 수 있다. 예시된 실시예에서, 일부 채널들(22)(예를 들어, 채널(22”))이, 초점 조정 격자를 형성하기 위해, 표면(26)에 대해 수직이 아닌 각도로 지향하게 된다. 상업적으로 입수 가능한 절단 톱들은 전형적으로 평면형 기판들에 대해 수직으로 절단한다. 수직이 아닌 각도가 요구되는 경우, 각도는, 예를 들어, 기판 채널의 요구되는 각도를 제공하기 위해 회전할 수 있는, 지판 지지 표면을 사용하여, 달성될 수 있다. 각도를 갖는 채널들이 요구되지 않는 경우에도, 뉴욕주, 하웁페이지의, Anorad Corporation 으로부터 입수 가능한 것과 같은 기판 아래에서의 사용을 위한 이동 가능한 지지 테이블이, 기계가공을 위한 블레이드들이 항상 채널들의 요구되는 깊이를 생성하기에 충분하도록 크지 않기 (또는 항상 충분한 운동 범위를 갖지 않기) 때문에, 유용하다.
채널들(22)은, 상기한 절단 톱들에 의해 달성 가능한 직사각형 형상들로 제한되지 않는다. 채널들(22)은, 대안적으로, 둥근 형상일 수 있고, 또는 다른 유형의 캐비티들을 포함할 수 있으며, 그리고 에칭, 몰딩, 열 변형 및/또는 개질, 밀링, 드릴링, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 임의의 다수의 방법에 의해 형성될 수 있다.
기판 재료로서 흑연 위에 질화붕소를 사용하는 것의 다른 이점은, 대부분의 흑연 조성물보다 기계가공하기에 실질적으로 더 쉽다는 점이다. 절단 블레이드가 현재의 제조에서 단일 초점 조정 격자의 기계가공 도중에 교체될 필요가 있다는 것이 통상적이지 않은 것이 아니다. 질화붕소 재료들을 기계가공하는 것에 대한 용이함은, 절단 블레이드들의 수명을 실질적으로 늘일 것이다.
도 4를 참조하면, 격벽들(18)은, 흡수 재료들로, 채널들(22)(도 3)을 우선 채움에 의해 형성될 수 있을 것이다. 채널들(22)의 방향성의 결과로서, 격벽들(18)은, 표면(26)에 수직(예를 들어 격벽(18’))으로, 또는 표면에 비수직(예를 들어, 격벽(18”))으로, 지향하게 될 수 있을 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 채널들(22)은, 채널들 내로 쉽게 용융 유동하게 될 수 있는 흡수 재료로 진공 상태 하에서, 채워진다. 바람직한 실시예에서, 흡수 재료는, 납-비스무트 합금을 포함한다. 뉴욕주, 브루클린의 Belmont Metals 로부터 상업적으로 입수할 수 있는 합금이, 44% 납-56% 비스무트에서, 125℃의 용융점을 갖는 공융성을 갖는다. 50% 납-50% 비스무트 또한 유리하게, 상기 공융성에 근접할 것이다. 납-비스무트 합금이 저 용융점 공융성을 형성하며 그리고 납-비스무트 합금이, 순수 납(125 KeV에서 3.15)의 질량 흡수 계수를 상회하는, 125 KeV에서 3.23의 질량 흡수 계수를 갖기 때문에, 이러한 납-비스무트 합금은 바람직한 충전 재료이다. 다른 실질적으로 흡수성의 재료들이, 납, 비스무트, 금, 바륨, 텅스텐, 백금, 수은, 탈륨, 인듐, 팔라듐, 실리콘, 안티몬, 주석, 아연 및 이들의 합금과 같은 금속들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 질화붕소 기판(14)은, 격벽들(18)의 말단 부분들(30) 주변에서 제거된다. 질화붕소 기판(14)은, 플루오르화 플라즈마 에칭을 포함하는 다양한 방법들에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 질화붕소 기판(14) 및 격벽 격자(20)를 플루오르화 플라즈마에 노출시킬 때, 플라즈마는, 질화붕소 재료를 제거하는 가운데, 납-비스무트 합금과 같은 전형적인 고 X-레이 흡수 재료들을 제자리에 남길 것이다(도 1 참조). 따라서, 산란-방지 격자(10)의 X-레이 투과성을 더욱 증가시킬 수 있으며, 이는, 결과적으로 심지어 더 높은 X-레이 사진 품질을 생성하거나, 또는 X-레이 촬영을 위해 사용되는 총 용량을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
질화붕소가 흑연보다 더욱 X-레이 투과성일 수 있다는 점이 또한 예기치 못하게 확인되었다. 이미지 체인을 사용함에 의해 열분해 질화붕소(PBN) 재료 상에서 취해지는 X-레이 투과 측정값들은, (예를 들어, 참조 재료로서 열분해 흑연과 비교될 때) 질화붕소가 흑연 재료들보다 의료적으로 관련되는 X-레이 에너지 범위에서 더 높은 X-레이 투명도를 갖는다는 것을 보여주는, GE Senograph Essential system 과 실질적으로 유사하다. 더욱 구체적으로, GE Senograph Essential large-Field of View(LFOV) 유방촬영 검출시스템의 상부에 1.18mm 두께의 열분해 질화붕소 플레이트를 위치시키고 전형적인 유방촬영 스펙트럼으로 열분해 질화붕소 플레이트를 조사할 때, X-레이 플럭스의 대략 90.2% 내지 91.7%가 열분해 질화붕소 플레이트를 통해 투과했다는 것이 확인되었다. 유방촬영을 위한 산란-방지 격자들의 두께로서 통상적으로 사용되는 것과 유사한, 1.4mm 두께의 플레이트에 대해 추정하면, 88.3% 내지 90.2%의 투과가 예상된다.
이러한 결과를 열적으로 어닐링된 열분해 흑연(thermally annealed pyrolitic graphite: TPG)의 0.4 mm 두께의 플레이트 상에서 취해지는 유사한 측정값들과 비교하여, 1.4 mm 두께의 플레이트에 대해 추정될 때 85% 내지 88%의 투과를 초래할, 대략 95.5% 내지 96.4%의 투과가 일어나는 것으로 측정되었다. 이러한 측정값들은 따라서, 열분해 질화붕소(PBN)가, 예를 들어 유방촬영에 의학적으로 관련되는 X-레이 에너지 영역들(즉, 대략 30 keV)에서, 열적으로 어닐링된 열분해 흑연보다 더욱 투명하다는 것을 지시한다. 에너지의 함수로서의 공개된 X-레이 감쇠 곡선들에 기초하여, 이러한 결론이 의학적 X-레이 촬영에 관련되는 전체 에너지 범위를 통틀어서 진실을 유지한다고 결론지을 수 있다.
마지막으로, 질화붕소는, 플루오르화 플라즈마 에칭을 포함하는 다양한 방법들에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 본 발명의 격자를 상기한 플루오르화 플라즈마에 노출시킬 때, 플라즈마는, 질화붕소 재료를 제거하는 가운데, 납-비스무트 합금과 같은 전형적인 고 X-레이 흡수 재료들을 제자리에 남길 것이다(도 1 참조). 따라서, 산란-방지 격자의 X-레이 투과성을 더욱 증가시킬 수 있으며, 이는, 결과적으로 심지어 더 높은 X-레이 사진 품질을 생성하거나, 또는 X-레이 촬영을 위해 사용되는 총 용량을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 레이 산란-방지 격자 및 X-레이 산란-방지 격자를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 다양한 특징들이 뒤따르는 청구항들에 기술된다.

Claims (20)

  1. X-레이 산란-방지 조립체로서,
    질화붕소 기판; 및
    질화붕소 기판에 결합되는 X-레이 흡수 격벽들을 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    X-레이 흡수 격벽들은 납 합금을 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    X-레이 흡수 격벽들은 납-비스무트 합금을 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  4. 제 1항에 있어서,
    X-레이 흡수 격벽들은, 비스무트, 금, 바륨, 텅스텐, 백금, 수은, 탈륨, 인듐, 팔라듐, 실리콘, 안티몬, 주석, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    격벽들은, 질화붕소 기판 내에 한정되는 슬릿들을 실질적으로 채우는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  6. 제 1항에 있어서,
    격벽들은, 기판으로부터 세장 부재 형태로 연장되는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  7. 제 1항에 있어서,
    적어도 일부의 격벽은, 기판의 표면에 대해 수직인 각도로 배치되는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    적어도 일부의 격벽은, 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직이 아닌 각도로 배치되는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  9. 제 1항에 있어서,
    질화붕소 기판은, 고온 압착 질화붕소 세라믹을 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  10. 제 1항에 있어서,
    질화붕소 기판은, 화학적 기상 증착(CVD) 열분해 질화붕소(PBN) 재료를 포함하는 것인, X-레이 산란-방지 조립체.
  11. X-레이 검출기를 제조하는 방법으로서,
    질화붕소 기판을 제공하는 것; 및
    질화붕소 기판에 X-레이 흡수 격벽들을 결합하는 것을 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    질화붕소 기판 내에 채널들을 한정하는 것을 더 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    채널들은, 재료 제거 공정에 의해 한정되는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    채널들은, 기계가공에 의해 한정되는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    격벽들 주변의 질화붕소 기판의 부분을 제거하는 것을 더 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    제거하는 것은, 플루오르화 플라즈마 에칭을 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    격벽을 결합하는 것은, 적어도 하나의 격벽을 기판의 표면에 수직인 각도로 결합하는 것을 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    격벽을 결합하는 것은, 적어도 하나의 격벽을 기판의 표면에 실질적으로 수직이 아닌 각도로 결합하는 것을 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    열분해 질화붕소(PBN) 재료를 화학적 기상 증착(CVD)함에 의해 질화붕소 기판을 형성하는 것을 더 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    고온 압착 질화붕소 세라믹의 질화붕소 기판을 형성하는 것을 더 포함하는 것인, X-레이 검출기 제조 방법.
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