專利名稱：用于醫(yī)療診斷x-射線成像裝置的防散射x-射線柵板器件及柵板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及診斷射線成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種能夠獲得高分辨率、高對比度X-射線圖像的防散射柵板和一種制造這種柵板的方法。
在醫(yī)療診斷射線成像的過程中，X-射線照射到病人的身上。一部分X-射線被病人的身體吸收，其余的X-射線穿過病人的身體。這種對于X-射線的不同的吸收就在一張感光底片上形成了X-射線圖像。
在穿過身體的X-射線中，基本射線不受阻礙地、沿著X-射線最初從射線源發(fā)射出來的路徑直行。散射射線指的是穿過身體、被人體器官散射、然后與初始路徑成一定角度行進(jìn)的那一部分射線。基本射線和散射射線都會使感光底片曝光，但是散射射線，由于其軌跡的不同，降低了所形成投影圖像的對比度(清晰度)。例如，在常規(guī)的后胸/前胸X-射線檢查時，大約60％的穿過身體的射線可能是散射射線的形式，于是造成圖像對比度的明顯損失。所以需要濾掉盡可能多的散射射線。
用于濾掉散射射線的一個實(shí)施例包括一個設(shè)置在人體與感光底片之間的防散射柵板。散射射線撞擊到柵板中的吸收劑(不透性)材料并被吸收掉。但是有一部分基本射線也被吸收材料吸收掉。這個實(shí)施例的射線成像裝置由于消除了散射射線，因而提供了較高對比度的射線圖像，但是為了能夠使要成像的器官適當(dāng)曝光需要增加對病人的輻射劑量。要求增加輻射的一個原因是散射射線不再是成像X-射線束的一部分，另一個原因是有30％或者更多的基本射線撞擊在柵板中的吸收材料上，并且被濾掉(即，被吸收掉)。
如果將柵板作為射線成像系統(tǒng)的一部分，為曝光所需增加的輻射可以達(dá)到7倍或者更多，即，病人可能要接收7倍的X-射線輻射劑量。因?yàn)楦邉┝縓-射線輻射對于被曝光者的健康造成危害，所以需要減少病人在接受X-射線檢查過程中所受到的X-射線輻射劑量。
現(xiàn)有技術(shù)中許多柵板使用薄鉛片作為X-射線吸收劑，用鋁片或者纖維復(fù)合片作為可透性間隔材料。傳統(tǒng)制造工藝包括以下步驟繁瑣地將吸收劑材料片和非吸收劑間隔材料片疊置并且吃力地彼此相間粘結(jié)在一起，直到成千這樣的相間層構(gòu)成一個疊層。此外，為了構(gòu)成一個聚焦柵板，還必須以精確的方式設(shè)置各層以使它們彼此之間成一個微小的角度，從而各個層都固定聚焦到一條會聚線X-射線源。在復(fù)合片裝配成一個疊層之后，還必須沿著疊層的主表面將其切割并仔細(xì)加工到所需的柵板厚度，這個厚度通常只有0.5毫米，所形成的脆弱的復(fù)合片的尺寸為，例如，40厘米×40厘米×0.5毫米，這是非常難以加工的。如果疊層經(jīng)受住了機(jī)加工和處理工藝，還必須與足夠強(qiáng)度的材料疊置以加強(qiáng)脆弱的柵板組件和為在該領(lǐng)域中使用提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度。這種柵板的偶然撞擊、彎曲、或跌落都會造成內(nèi)部損傷，造成無法修復(fù)的脫層，從而使柵板完全報廢。
在柵板設(shè)計中最重要的參數(shù)是柵格比，柵格比定義為X-射線吸收片的高度與它們之間的距離的比值。這個比值一般在4∶1到16∶1的范圍。由于目前的制造極限的限制，實(shí)際上，鉛片厚度的下限約為0.050毫米，即，加工這個厚度或這樣薄的片是極端困難的，一個柵格比為4∶1，線定額數(shù)為每厘米60線的柵板要求間隔材料的厚度為0.12毫米，使得柵板只有0.5毫米厚。因?yàn)橹圃斓南拗?，這些柵板中的鉛片通常都太寬，所以形成了大的橫截面，吸收了30％或更多的基本射線，這是所不希望的。此外，厚片還導(dǎo)致底片上產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的陰影圖像。為了消除陰影，需要提供一個機(jī)械裝置，在曝光時將柵板移開。柵板的移動引起橫向的偏心，因而造成多吸收20％的基本射線。因此為了彌補(bǔ)使用寬吸收片的這個缺陷，需要明顯增加病人吸收的輻射劑量。
所以，本發(fā)明的一個實(shí)施例的目的之一是提供一種具有高線定額數(shù)的堅(jiān)固耐用的防散射柵板，從而在X-射線曝光期間不再需要移動?xùn)虐濉?br> 所以，本發(fā)明的一個實(shí)施例的另一個目的是提供一種具有均勻的柵板線和間隔的柵板，這種柵板能夠比傳統(tǒng)的柵板吸收較少基本射線，從而可以減少為使感光片適當(dāng)曝光所需的X-射線輻射量。
所以，本發(fā)明的一個實(shí)施例的又一個目的是提供一種聚焦于X-射線源、能夠改善圖像對比度的柵板。
所以，本發(fā)明的一個實(shí)施例的一個目的是提供一種制造堅(jiān)固耐用的防散射柵板的有效方法。
本發(fā)明的一個實(shí)施例的另一個目的是提供一種用于制造具有高線定額數(shù)柵板的方法。
本發(fā)明的一個實(shí)施例的又一個目的是提供一種用于制造具有均勻的柵板線和間隔、能夠比傳統(tǒng)的柵板吸收較少基本射線、從而可以減少為使感光片適當(dāng)曝光所需的X-射線輻射量的柵板的方法。
本發(fā)明的一個實(shí)施例的再一個目的是提供一種制造聚焦到X-射線源，并且能夠改善圖像對比度的柵板的方法。
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，一種用于醫(yī)療診斷射線成像裝置的防散射X-射線柵板包括一個其上具有若干凹槽、由基本上不吸收X-射線的材料構(gòu)成的基片；和凹槽中由基本上吸收X-射線的材料構(gòu)成的吸收材料。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，基片由能夠在吸收材料的熔點(diǎn)溫度保持穩(wěn)定的材料構(gòu)成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有一種特別適宜的基片材料與吸收材料的組合是一種塑料基片和一種鉛鉍合金吸收材料。
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，一種制造用于醫(yī)療診斷射線成像裝置的防散射X-射線柵板的方法，包括以下步驟提供一個其上具有若干凹槽、由基本上不吸收X-射線的材料構(gòu)成的基片；用由基本上吸收X-射線的材料構(gòu)成的吸收材料填充這些凹槽。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，提供其上具有凹槽的基片的步驟包括用一個薄的圓形鋸片將一個塑料基片鋸槽的步驟，用吸收材料填充凹槽的步驟包括熔化這種吸收材料的步驟和將熔化的吸收材料注入凹槽中的步驟。
本發(fā)明的新穎特征將在權(quán)利要求書中專門提出。但是，發(fā)明本身，包括其結(jié)構(gòu)和制作方法，以及本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，通過以下結(jié)合附圖所作的描述將得到更好的理解，圖中相同的標(biāo)號表示相同的部件，在這些附圖中

圖1為一個射線成像裝置的側(cè)剖圖；圖2一個防散射X-射線柵板的局部側(cè)剖圖；圖3為一個切割鋸片的前視圖；圖4為圖3中切割鋸片的側(cè)剖圖；圖5為穿過非吸收材料基片的一條凹槽的局部透視圖；圖5a為穿過非吸收材料基片的一條凹槽的另一個實(shí)施例的局部透視圖；圖6為一個基片支撐表面的側(cè)剖圖，該支撐表面可以旋轉(zhuǎn)，以提供基片凹槽所需的角度；圖7為覆蓋有粘結(jié)增強(qiáng)材料的一條凹槽的側(cè)剖圖；圖8為將凹槽用吸收材料填充以后與圖7類似的視圖；圖9為將基片和吸收材料表面覆蓋一層保護(hù)層之后與圖8類似的視圖。
圖1為一個射線成像裝置的側(cè)剖圖。一根X-射線管1產(chǎn)生并發(fā)射向身體3方向行進(jìn)的X-射線2。一部分X-射線4被身體吸收掉，而同時另一部分射線作為基本射線則穿過身體沿著路徑5和6行進(jìn)，其余的射線作為散射射線被偏轉(zhuǎn)并沿著路徑7行進(jìn)。
經(jīng)路徑5、6和7的射線朝著感光片8行進(jìn)，在感光片8處射線被增光屏9吸收，該增光屏覆蓋有一種可發(fā)出一定波長的可見光的熒光的光敏材料，因此使感光片8曝光(射線成像)得到潛像。
當(dāng)在身體3和感光片8之間放置一個防散射柵板10時，輻射路徑5、6和7中的射線通向感光片8前面的防散射柵板10。輻射路徑6中的射線穿過柵板的可透性材料11，而輻射路徑5和7中的射線則撞擊在吸收材料12上，被吸收掉。輻射路徑7中的射線的吸收消除了散射射線。輻射路徑5中射線的吸收則消除了一部分基本射線。輻射路徑6中的射線，剩余的基本射線，則射向感光片8，被增光屏9吸收，增光屏9發(fā)出一定波長的可見光熒光，使感光片8曝光得到潛像。
圖2為防散射X-射線柵板10的局部側(cè)剖圖。如上所述，柵板設(shè)計中的一個重要參數(shù)是柵格比r，這個參數(shù)定義為各X-吸收片12的高度與它們之間的距離的比值。對于醫(yī)療診斷射線成像，這些比值通常在2∶1到16∶1的范圍。在設(shè)計參數(shù)中的另一個相互關(guān)聯(lián)的變量是表示每厘米內(nèi)片數(shù)的線定額數(shù)。吸收片必須足夠薄，以使這些吸收片的組合厚度和它們之間的距離不超過給定厘米的范圍，并具有預(yù)定的線定額數(shù)。通常，線定額數(shù)在30到80線/厘米之間變化，吸收片在側(cè)剖面方向的寬度在15到50微米的量級。利用本發(fā)明，可以達(dá)到更高的線定額數(shù)(高達(dá)約300)，所以能夠改善圖像對比度。
圖3和圖4分別為切割鋸片21的前視圖和側(cè)剖視圖。圖5為通過基本不吸收X-射線的基片上的一條凹槽的局部透視圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，防散射X-射線柵板是通過將不吸收X-射線的基片材料11的固體表面切割，形成所需數(shù)量的一定尺寸的一組直線吸收劑凹槽而制成的?；梢杂扇魏尉哂心軌虺惺苓M(jìn)一步處理和使用的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和熱性能的基本上不吸收X-射線的材料構(gòu)成。術(shù)語“基本不吸收”的意思是基片厚度和材料足以防止X-射線的明顯衰減，使得至少85％的(可取的是至少95％)X-射線能夠通過基片。在一個實(shí)施例中，基片由一種塑料，如Ultem R聚醚酰亞胺(polyetherimide)(Ultem是通用電器公司的商標(biāo))。其他適合的基片材料的例子包括基本不吸收X-射線的聚酰亞胺、聚碳酸酯、其他聚合物、陶瓷、木材、石墨、玻璃、金屬或它們的組合物?；€可以包含填充材料，諸如碳、玻璃或陶瓷的顆?；蚶w維，這些填充材料對于，例如，提供良好的機(jī)械性能可能是有用的。
基片為柵板提供結(jié)構(gòu)支撐，并且由于塑料比鋁片吸收較少的X-射線，所以是特別有用的。
鋸可以包括一個用于在基片11上切割適當(dāng)寬窄和深度的凹槽的鋸片。這種鋸21的實(shí)例包括，例如，由Tokyo Seimitsuof Japan and Semitec of Santa Clara，California公司生產(chǎn)的、在半導(dǎo)體工業(yè)中用于切割硅基片的那種類型的鋸。鋸片薄的部分20從鋸片較厚的靠內(nèi)部分22延伸出來，靠內(nèi)部分22可繞軸24旋轉(zhuǎn)?？扇〉氖?，鋸片厚度在15到70微米的范圍內(nèi)，從而這些鋸片可以切出所需要的線定額數(shù)。在一個實(shí)施例中，鋸片由涂覆有金剛砂的樹脂制成。其他適合制作鋸片的材料包括，例如，具有硬的碳化物合金覆層，如硅或鎢碳化物合金的金屬或樹脂。
可以將許多鋸片一個挨一個排列以同時切出這些凹槽，也可以用一個鋸片順序切割每一片凹槽。如果鋸片不是足夠深，那么有一種制造技術(shù)是將基片反過來，在基片的相反表面上切割，以形成具有兩部分26a和26b組成的凹槽，如圖5a所示。
可取的是，為了使后面的制造工藝簡單，凹槽不完全穿過基片。凹槽結(jié)構(gòu)可以是幾種類型之一。在一個實(shí)施例中，這些凹槽都垂直于基片表面。在另一個實(shí)施例中，有一部分凹槽與表面成預(yù)定的角度以形成一個聚焦柵板。市售的切割鋸片一般是垂直于基片平面進(jìn)行切割的。如果需要一個角度，可以如圖6中的實(shí)施例所示那樣得到這個角度，圖6是基片支撐表面的側(cè)剖圖，基片支撐表面是可旋轉(zhuǎn)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?yàn)橛糜谇懈畎雽?dǎo)體基片的鋸片并不總是足夠大(或者不總是具有足夠大的運(yùn)動范圍)以形成所需的凹槽長度，所以在基片下面使用一個可移動的支撐臺，例如由Anorrad Corporation of Hauppaugue，NY公司生產(chǎn)的支撐臺，也是有用的。
凹槽不限于采用上述切割鋸得到的長方形狀。凹槽另外可以是圓形的或包含其他形狀的空腔，并且可以任何方法，例如蝕刻、模壓、熱變形和/或熱重整、磨、鉆、或者這些方法的任意組合來形成。
在形成這些凹槽以后，將吸收材料12，它是基本上吸收X-射線的，注入這些凹槽中。術(shù)語“基本上吸收”的意思是材料的厚度和密度足以使X-射線基本衰減掉，從而至少90％(可取的是至少95％)的X-射線被吸收掉。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，是在真空狀態(tài)下用一種很容易熔注進(jìn)凹槽中的吸收材料填充這些凹槽的。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，吸收材料是一種鉛鉍合金。其他適合的吸收材料包括包括金屬，如鉛、鉍、金、鋇、鎢、鉑、汞、鉈、銦、鈀、硅、銻、錫、鋅，以及它們的合金。
基片材料和吸收材料必須經(jīng)過選擇，使得基片材料在制造工藝所需的時間里能夠經(jīng)受住熔化和注入吸收材料所需的溫度。
圖7為覆蓋了一層可選的適宜的粘結(jié)增強(qiáng)材料34的凹槽26的側(cè)剖圖。為了幫助粘結(jié)吸收材料，可以在凹槽表面施加一層粘結(jié)增強(qiáng)材料。在一個實(shí)施例中，覆蓋了足夠厚度的一層銅，使得凹槽表面基本被連續(xù)覆蓋住。其他適合的粘結(jié)增強(qiáng)材料包括，例如，鎳和鐵。在基片外表面上殘留的粘結(jié)增強(qiáng)材料可以在這時去掉，或者在以后的時間里和殘留的吸收材料一起去掉。
圖8與圖7類似，表示用填充材料填充凹槽之后的情況。
Belmont Metals of Brooklyn，NY，公司出品的一種合金為44％鉛-56％鉍、熔點(diǎn)為125℃的易熔合金。40％鉛-60％鉍到50％鉛-50％鉍組成范圍的合金也接近于該易熔合金。由于這種合金構(gòu)成了一種低熔點(diǎn)的易熔合金，并且對于在125千電子伏特下的X-射線質(zhì)量吸收率為3.23，這個值優(yōu)于純鉛的吸收率(對于在125千電子伏特下吸收率為3.15)。由于不吸收X-射線的塑料基片在吸收材料的低熔點(diǎn)下保持穩(wěn)定，所以使用這種基片材料和鉛鉍吸收材料是可取的。
殘留在基片外表面上的多余粘結(jié)增強(qiáng)材料和/或不吸收X-射線的材料可以用諸如拋光、研磨、或切削等技術(shù)去掉。
如果需要清理或封裝柵板以使柵板得到完全保護(hù)或者具有美觀的外表，可以采用任何一種精加工技術(shù)，例如拋光、涂漆、層疊、化學(xué)移植、濺射、粘結(jié)，或者諸如此類的技術(shù)。圖9與圖8相似，表示基片和吸收材料表面被覆蓋一層保護(hù)層38以后的情況。保護(hù)層可以由與上述的構(gòu)成基片類似的材料構(gòu)成。在一個實(shí)施例中，保護(hù)層38是由一種塑料，如聚醚酰亞胺構(gòu)成。保護(hù)層由基本不吸收X-射線的材料構(gòu)成，能夠幫助防止基片和吸收材料被劃傷。此外，如果吸收材料中包含金屬，如鉛時，出于安全的考慮保護(hù)層也是有用的。
實(shí)施例用一個精密切割鋸制成一個基片由Ulterm聚醚酰亞胺1000制成的柵板樣品，用所說鋸切割大小為10×10×0.5厘米的樣品，在其表面上形成寬度w為50微米、高度h為600微米、長度l為10厘米的一組凹槽(w，h，和l表示在圖5中)，因而線定額數(shù)為67線/厘米，這些槽線之間等間距，柵格比為6∶1。
然后在真空狀態(tài)下將基片浸入熔化的、溫度為140℃的44％鉛-56鉍合金中，在小于10乇的壓力作用下，將上述鉛鉍合金注入基片中。將基片取出，讓其冷卻到室溫，然后將其拋光以去掉任何多余或雜散的金屬。用顯微鏡檢查它，發(fā)現(xiàn)凹槽已經(jīng)被完全和均勻地填滿了。
本發(fā)明的柵板器件可以進(jìn)行再處理，即可以通過加熱整個器件將沒有完全或者較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，這個特征可以被用于在以后廢棄柵板之前回收(或去掉)這些吸收材料。這個可去掉吸收材料的性能是非常有好處的，特別是在鉛可能引起與安全相關(guān)問題的情況下和在需要循環(huán)使用基片材料的情況下。
雖然本申請中只圖示并描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選的特征，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以有許多改進(jìn)和變化。所以，可以理解，所提出的權(quán)利要求書將在本發(fā)明的真正構(gòu)思范圍內(nèi)覆蓋所有這些改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于制造一種用于醫(yī)療診斷射線成像裝置中的防散射X-射線柵板的方法，該方法包括以下步驟制作一個具有一組凹槽的基片，該基片由基本不吸收X-射線射線的材料制成；及用基本吸收X-射線射線的吸收材料填充所說的凹槽。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制作一個具有凹槽的基片的步驟包括用一個薄的圓鋸切割塑料基片的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于切割步驟包括在基片的一個表面上切割的步驟。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于切割步驟包括在基片的兩個表面上切割的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用吸收材料填充凹槽的步驟包括將吸收材料熔化并將熔化的吸收材料注入凹槽中的步驟，其中所說的基片由在所說吸收材料的熔點(diǎn)溫度下能夠保持穩(wěn)定的材料制成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包括在用吸收材料填充凹槽之前用粘結(jié)增強(qiáng)材料覆蓋凹槽表面的步驟。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所說吸收材料由鉛鉍合金構(gòu)成，該方法還包括在用吸收材料填充凹槽之前用從銅、鎳和鐵這一組金屬中選擇出的一種粘結(jié)增強(qiáng)材料覆蓋凹槽表面的步驟。
8.如權(quán)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驟包括至少形成一部分有角度凹槽的步驟。
9.一種用于醫(yī)療診斷射線裝置的防散射X-射線柵板，該柵板包括一個具有凹槽的基片，該基片由基本上不吸收X-射線射線的材料制成；和凹槽中的吸收材料，所說吸收材料由基本吸收X-射線射線的材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的柵板，其特征在于所說基片由在所說吸收材料的熔點(diǎn)溫度下能夠保持穩(wěn)定的材料制成。
11.如權(quán)利要求9或10所述的柵板，其特征在于所說基片由一種塑料制成，所說吸收材料包括一種鉛金屬合金。
12.如權(quán)利要求9或11之一所述的柵板，其特征在于基片由塑料制成，所說吸收材料由60％到50％范圍的鉍和40％到50％相應(yīng)范圍的鉛構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求9或12之一所述的柵板，其特征在于吸收材料的高度與凹槽之間距離的比值在2∶1到16∶1的范圍內(nèi)，每厘米寬度內(nèi)凹槽的線定額數(shù)在30到300的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求9或13之一所述的柵板，其特征在于在所說基片與所說吸收材料之間還包括一層粘結(jié)增強(qiáng)材料。
全文摘要
一種用于醫(yī)療診斷射線成像裝置的防散射X-射線柵板和一種用于制造這種柵板的方法，這種柵板包括一個其上具有一組凹槽、由基本上不吸收X-射線材料制成的基片，和凹槽中由基本吸收X-射線的材料構(gòu)成的吸收材料。基片最好是由在吸收材料的熔點(diǎn)溫度下能夠保持穩(wěn)定的材料制成。
文檔編號A61B6/06GK1142930SQ9610598
公開日1997年2月19日 申請日期1996年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月10日
發(fā)明者K·P·扎諾希, R·蓋達(dá) 申請人:通用電氣公司