專利名稱：用于x射線裝置的抗散射格柵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于X射線裝置的抗散射格柵，該格柵用來降低待檢測物體中產(chǎn)生的散射輻射。該格柵包括多個吸收層疊以吸收散射輻射以及設置在吸收層疊之間的通道介質(zhì)，該介質(zhì)對X射線是透明的。本發(fā)明還涉及單光子發(fā)射極的準直器，該單光子發(fā)射極包括多個層疊以形成準直器通道并且在層疊之間設置有通道介質(zhì)。
為了降低散射輻射，因此，X射線裝置設置有抗散射格柵，該格柵設置在待檢測物體與X射線探測器之間，它使發(fā)散自X射線管焦點的初級輻射通過，但是基本上吸收來自待檢測物體的以不同角度入射在吸收層疊上的散射輻射。
從美國專利US1,164,987中已知這種X射線裝置。該吸收層疊通常采用具有小體積和高吸收率的鉛制成。吸收體之間的通道介質(zhì)是紙、纖維或者鋁。
本發(fā)明是基于對以下事實的認識空氣是一種理想的通道介質(zhì)，而且必須以機械上剛性和準確定位的方式設置吸收層疊以便獲得盡可能高的均勻性。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)非彈性高電阻的泡沫材料是一種滿足上述要求的理想材料。因為這種泡沫材料的密度大約比紙的密度低15-30倍，所以這種泡沫材料對初級輻射具有高的穿透率。另外，由于這種材料的形狀穩(wěn)定并且該材料適合進行加工，所以可以獲得高的機械精度以設置吸收層疊。另外，還可以實現(xiàn)所需的大量的散射格柵的線，即可以實現(xiàn)每長度單位(例如厘米)上有大量的吸收層疊。而且由于沒有將吸收層疊與通道介質(zhì)粘接在一起，所以在制造過程中可以修復制造缺陷。另外，該通道材料價格非常便宜。
最好，采用聚甲基丙烯酰二酰亞胺(polymethacrylimide)高電阻泡沫材料作為通道介質(zhì)，例如，采用注冊商標名為Rohacel的泡沫材料。該材料可以在快速木材或塑料加工機器上進行加工，例如劈開、切割、研磨或碾磨。允許使用潤滑劑。在完成加工(在加工后，這些通道元平行)，例如通過冷壓之后，可以將最終形狀和最終尺寸大小賦予通道元。也可以利用熱變形和接合或者樹脂化來獲得最終形狀。因此該材料使得制造基本上具有與采用空氣作為通道介質(zhì)的抗散射格柵相同性質(zhì)的抗散射格柵。
在另一個優(yōu)選實施方案中的通道介質(zhì)包括單獨的預成形通道元，每一次在二個吸收層疊之間設置一個通道元。所以將通道元成形并隨后與吸收層疊組合，從而形成抗散射格柵，可以通過粘接或者在其它的優(yōu)選實施方案中利用框架將部件安裝在一起的方式實現(xiàn)該部件。
另外一種情況，原則上還可以利用鋸、熱水噴射、激光或者熱絲在一個大塊的高電阻泡沫材料中形成單獨的狹縫，并且隨后將吸收層疊安裝在所述狹縫中。這些狹縫既可以平行延伸也可以放射狀延伸。
可以將抗散射格柵構(gòu)建成平板狀抗散射格柵，其中將吸收層疊平行設置。但是，最好將抗散射格柵構(gòu)建成聚焦的抗散射格柵，其中每一次將吸收層疊沿著通過X射線源焦點的延伸線對準。為此目的，最好將所述預成形通道元加工成圓錐狀，以合適的傾斜度構(gòu)成同心。還可以進行以下布置，使得格柵總體不是呈現(xiàn)平板狀而是彎曲狀，從而形成一個球形帽，因此使得相對于X射線源焦點的聚焦更佳，從而獲得更高的均勻性。
在另一個優(yōu)選的實施方案中，將單獨的通道元配置成格柵的形式。這意味著將零部件最好通過(平行地或者圓錐狀地)，從單獨的，相當平的，伸長的通道元中清除，這樣從側(cè)面觀察垂直于初級輻射的方向)，通道元構(gòu)成一種格柵或網(wǎng)絡。因此能更好地吸收散射輻射。
本發(fā)明還涉及用于受檢物體的X射線成像的裝置，如上所述該裝置包括X射線源、X射線探測器和抗散射格柵，該格柵設置在受檢物體與X射線探測器之間。這種X射線裝置既可以是常規(guī)X射線系統(tǒng)，例如，投影成像X射線系統(tǒng)或者C臂X射線系統(tǒng)，也可以是計算機斷層成像系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種準直器，特別是，用于單光子發(fā)射極的γ照相機(SPECT)的準直器或者正電子發(fā)射極(PET)。非彈性高電阻泡沫材料還可以有利地用作這種準直器中的通道介質(zhì)(例如為了減輕重量)，這種準直器包括多個構(gòu)成準直器通道的層疊以及還包括位于該層疊之間的通道介質(zhì)。這種準直器可以特別地只將部分發(fā)散自待檢測物體的γ量子傳送到位于準直器后的γ照相機。只有實際上垂直入射在受檢物體的準直器表面的量子穿過準直器，而以一個角度入射的γ量子在準直器壁被吸收。為了獲得盡可能精確的層疊布置并且最大限度降低透射γ量子的吸收，可以將所述非彈性高電阻的泡沫材料用作通道介質(zhì)，特別地還可以采用其商標名為Rohacel的聚甲基丙烯酰二酰亞胺高電阻泡沫材料。該準直器可以具有線性或格柵狀結(jié)構(gòu)呈平行或聚焦的形式。
最終，本發(fā)明還涉及γ照相機、利用γ照相機對輻照物體成像的單光子發(fā)射極，γ照相機設置有所述種類的準直器以限定圖像的投影方向以及正電子發(fā)射極。
X射線束流3從X射線管1的焦點2照射到待檢測物體4，例如病人上。隨后穿越受檢物體4的X射線入射在X射線探測器6上?？股⑸涓駯?基本上包括吸收層疊51和設置在吸收層疊51之間的通道介質(zhì)52。該吸收層疊通常采用具有X射線高吸收率和小體積的鉛制成，并且這些層疊直接朝向焦點2。通道介質(zhì)5 2通常包括紙或者鋁，以對X射線具有盡可能高的穿透率。
抗散射格柵5基本上用透過穿透待檢測物體4的初級輻射7，這樣該輻射可以入射在X射線探測器6而不被進一步吸收，而盡可能完全抑制產(chǎn)生于待檢測物體4中的散射輻射，這樣該散射輻射不會入射在X射線探測器上。如圖所示，從待檢測物體4散射輻射8以不同的角度發(fā)散出來并入射在吸收層疊51，其中高角度的散射輻射被吸收。
圖2示出了一個根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的抗散射格柵。該圖還示出帶有通道介質(zhì)52的吸收層疊51，其中該吸收層疊設置在該介質(zhì)之間。另外如圖所示，利用合適的框架53將該抗散射格柵布置成彎曲形狀，這樣所有吸收層疊均指向焦點或者沿穿過焦點方向延伸的直線，即垂直于

圖1中的圖平面。按照本發(fā)明，非彈性高電阻的泡沫材料，特別采用聚甲基丙烯酰二酰亞胺(PMI)，例如商標名為Rohacel的泡沫材料作為根據(jù)本發(fā)明的通道介質(zhì)52。
根據(jù)本發(fā)明的抗散射格柵最好利用平行狹縫，例如通過鋸或碾磨被制造成高電阻的泡沫材料的非彎曲塊、準備用作吸收層疊的非常薄的薄膜，該薄膜采用例如鉛、鎢、鉬、鉭、銅或其它吸收X射線的材料制成以及盡可能插入到所述狹縫中。
因為高電阻泡沫材料是非彈性的，因此該狹縫能夠非常精確地在指定位置形成，也就是說即使在距離和尺寸小的情況下，通常是微米范圍，也能實現(xiàn)。隨后，利用框架53將圖中所示的彎曲形狀傳達給通道介質(zhì)52和已經(jīng)插入的吸收層疊51，通過合適的框架維持所述形狀。該狹縫還可以被切割和碾磨以便呈圓錐形地延伸。
可以將如圖2所示的抗散射格柵用于CT系統(tǒng)，在這種情況下，框架53和探測器也可以是彎曲的。
在圖3所示的本發(fā)明的可選的實施方案中，單獨圓錐通道元采用高電阻泡沫材料制成，如果采用這種材料，可以非常精確地加工該通道元。該吸收疊層設置在所述通道元54之間并且該部件被壓在一起，從而制成圖2所示的這種包括多個通道元54和吸收層疊的抗散射格柵。
通道元54和中間吸收層疊51既可以相互粘接在一起，也可以通過框架53被壓在一起，但后一種是優(yōu)選結(jié)構(gòu)。一個實施方案中的通道元54在薄的一端其厚度d1例如是490微米，而在厚的一端的厚度d2為500微米。
圖4是單個通道元54的側(cè)視圖。從通道元54沖出內(nèi)三角區(qū)542，這樣總體上僅僅連接剩余的高電阻泡沫材料的部分541。所以，進一步降低了通道元54對初級輻射的吸收，而對次級輻射的吸收保持在相同的程度。如圖所示的切出的三角結(jié)構(gòu)542具備一個優(yōu)點，即從上入射在通道單元54上的初級輻射，也就是說，在圖4中觀察，圖平面中的向下發(fā)散與構(gòu)成連接件541的高電阻泡沫材料橫向地大約具有相同厚度。在一個實施方案中的通道元其高度h約為40毫米。只有在高度高的情況下，這種通道元才有效。
圖5示出了帶γ照相機的單光子發(fā)射極。在采用代謝制劑的核醫(yī)學成像方法中，將不穩(wěn)定核素注入到病人體內(nèi)，所述的制劑隨后以器官特定的方式富集。檢測由身體發(fā)射出的相應衰變量子形成器官圖像，該器官活性的時間變化使得可以根據(jù)其功能推算出信息。
SPECT(單光子發(fā)射計算斷層成像)方法采用衰變并發(fā)射單γ量子的放射性核素。在待檢測物體4內(nèi)，注入的代謝制劑在器官41富集并且發(fā)射γ輻射10，11，所述γ輻射包括初級γ量子10和散射γ量子11。特別地初級γ量子10入射在γ照相機19。在所述照相機的入口處設置有準直器12，例如限定圖像投影方向的平行準直器。只有實際垂直于該準直器表面入射的量子可以經(jīng)過中間區(qū)122穿過準直器12，而以一個角度入射的量子被由層疊構(gòu)成的準直器壁121吸收。該透射的量子隨后入射到吸收物體41發(fā)出γ量子的NaI(Ti)單晶。其能量隨后被轉(zhuǎn)換呈多個可見光子14，這些光子通過光導體15被傳導到一系列的光倍增器17。這些光倍增器的電輸出信號16一方面被用來進行定位，即，確定晶體13中的吸收位置，另一方面在求和之后進行脈沖幅度分析。圖5也示出一個相應的光倍增器17的輸出信號18。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用作根據(jù)本發(fā)明的抗散射格柵中的通道介質(zhì)的非彈性高電阻泡沫材料也可以用來制造γ照相機的準直器，因為這種照相機也需要層疊121的距離和對準的高精度，因為初級γ量子10在入射到晶體13之前應當盡可能少地被吸收。
因而所述高電阻泡沫材料可以被用作層疊121之間的通道介質(zhì)122，其制造方法與上述的制造方法相同或者相似。該層疊可以采用例如鉛制造。
圖6a、b、c示出了準直器實施方案的實例。圖6a、b涉及一維布置的聚焦層疊的扇形束流準直器，圖6c示出了一個二維的彎曲準直器。
在交叉格柵的情況下，也可以僅采用這種高電阻泡沫材料構(gòu)成包括層疊的格柵，因為形成于高電阻泡沫材料中的相應的交叉格柵(例如通過鋸)，層疊121或硬化金屬膏狀物被加入到格柵中。經(jīng)過硬化之后可以再次將位于層疊121之間的高電阻泡沫材料清除，以便在層疊之間存有空氣。隨后將該交叉格柵置于高電阻泡沫材料的平板件中。格柵的狹縫可以平行或圓錐狀延伸。例如通過設置在下表面的纖維墊將高電阻泡沫材料截面固定在一起。狹縫加工完成之后，格柵是二維聚焦的，例如用于圓屋頂狀的裝置。該層疊材料設置在上述的位置。
圖7示出一個正電子發(fā)射極(PET)的探測器。將探測器21配置成環(huán)并裝入準直器20中，準直器20也做成環(huán)。層疊22(septa)采用鉛箔制成并且在層疊之間的空間區(qū)又用上述的高電阻泡沫材料填充。又可以實現(xiàn)對所需γ量子的聚焦以及對不需要量子的吸收。但是在此，不對正電子發(fā)射極的已知運行進行說明。
權利要求
1.一種用于X射線裝置的抗散射格柵以降低待檢測物體內(nèi)產(chǎn)生的散射輻射，該格柵包括多個吸收散射輻射的吸收疊層和對于X射線透明的通道介質(zhì)，該通道介質(zhì)布置于吸收疊層之間，其特征在于該通道介質(zhì)是非彈性高電阻泡沫材料。
2.權利要求1的抗散射格柵，其特征在于該高電阻泡沫材料是聚甲基丙烯酰二酰亞胺(polymethacrylimide)泡沫材料。
3.權利要求1的抗散射格柵，其特征在于該通道介質(zhì)設置有單獨的、預成形的通道元，將該通道元布置在二個吸收疊層之間。
4.權利要求3的抗散射格柵，其特征在于該通道元具有圓錐形狀并且采用以下方式布置，即吸收疊層的延長部分彼此沿著穿過X射線源焦點的直線相交。
5.權利要求3的抗散射格柵，其特征在于將這些單獨的通道元成形為格柵。
6.權利要求3的抗散射格柵，其特征在于通過將通道元和疊層相互交替構(gòu)成該抗散射格柵，通過框架而不是中間粘合劑將這些通道元和層疊相鄰排列布置。
7.一種用于待檢測物體成像的X射線裝置，該裝置包括如前述的權利要求中的任何一項所要求的X射線源、X射線探測器、和抗散射格柵，該抗散射格柵布置在待檢測物體與X射線探測器之間。
8.一種特別是用于單光子發(fā)射極或正電子發(fā)射極的準直器，該準直器包括多個形成準直器通道的層疊和設置在層疊之間的通道介質(zhì)，其特征在于該通道介質(zhì)是非彈性高電阻泡沫材料。
9.一種設置有權利要求8所要求的準直器的γ照相機，該準直器用來限定輻射物體圖像的投影方向。
10.一種單光子發(fā)射極，該發(fā)射極通過如權利要求9所要求的γ照相機進行輻射物體成像。
11.一種正電子發(fā)射極，該正電子發(fā)射極設置有權利要求8的探測器和準直器的。
全文摘要
發(fā)明涉及一種用于X射線裝置的抗散射格柵以降低待檢測物體內(nèi)產(chǎn)生的散射輻射，該格柵包括多個吸收散射輻射的吸收疊層和對于X射線透明的通道介質(zhì)，該通道介質(zhì)布置于吸收疊層之間。特別地，為了簡單和精密制造這種抗散射格柵該通道介質(zhì)，并且使初級輻射盡可能少地衰減而散射輻射盡可能度多地被吸收，按照本發(fā)明，采用非彈性高電阻泡沫材料，特別是聚甲基丙烯酰二酰亞胺作為通道介質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種例如，用于單光子發(fā)射極或正電子發(fā)射極的準直器，其中非彈性高電阻泡沫材料還被用作層疊之間的通道介質(zhì)。
文檔編號G01T7/00GK1407333SQ0212690
公開日2003年4月2日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權日2001年7月28日
發(fā)明者E·P·A·克洛茨, R·科佩 申請人:皇家菲利浦電子有限公司