CN111867803B - 制造射束导引格栅的方法以及根据该方法制造的射束导引格栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造射束导引格栅(4)的方法，所述射束导引格栅由模制体制造，所述模制体配设有由贯通通道(40)和包围所述格栅的壁区域组成的格栅，所述模制体由吸收辐射的金属粉末和粘合剂的混合物、尤其是钨粉末和粘合剂制成，借助注塑制造模制体，由此实现有利的制造，其中，借助注塑机将均匀化的混合物作为能流动地处理的注塑物料填充到成型模制体的成型模具(7)中，在填充注塑物料之前将能移动的型芯(72)导引进入所述成型模具中。

Description

制造射束导引格栅的方法以及根据该方法制造的射束导引 格栅

技术领域

本发明涉及一种用于制造射束导引格栅(射线导引格栅，Strahlleitraster)的方法，所述射束导引格栅由模制体制造，所述模制体配设有由贯通通道和包围所述格栅的壁区域组成的格栅，所述模制体由吸收辐射的金属粉末和粘合剂的混合物、尤其是钨粉末和粘合剂的混合物制成，本发明还涉及根据所述方法制造的射束导引格栅。

背景技术

这种也被称为防散射格栅或者准直仪的射束导引格栅尤其用于X射线或伽马射线诊断、例如计算机断层扫描设备中，以便尽可能地吸收在对待检查的对象进行成像时与主成像射束重叠的干扰的散射，并且在后续的接收装置中实现尽可能无干扰地成像以及能够产生能够尽可能好地分析的图像。这种光导格栅具有由薄的、例如厚度在100μm的范围内的壁区域包围的、例如具有接近1mm或者更小的开口宽度的贯通通道，所述贯通通道以其中心贯通轴线对准共同的焦点，辐射源布置在所述焦点中。由此产生了各个独立的贯通通道相对于彼此的倾斜的定向，由此在制造这种射束导引格栅时产生了困难。壁区域由尽可能地吸收散射的材料制造，所述材料例如包含钨或者对X射线或伽马射线具有相当的吸收能力的金属。

EP 1 298 678 A2给出了开篇所述类型的用于制造射束导引格栅的方法。在该已知的方法中，借助快速成型技术通过在辐射的作用下逐层地固化构造材料来构建与贯通通道或者能穿过的区域或者不能穿过的壁区域对应的基体，并且基于所述基体制造完成射束导引格栅或者防散射格栅或者准直仪。为此例如将吸收散射的材料以液体的状态填充至基体的间隙中并且通过冷却固化。接着可以移除基体的材料，从而仅保留由吸收材料制成的支架作为射束导引格栅。在另一种措施中，基体例如通过填充或者浇铸镍而在阴模中成型，接着能够由该阴模以前述方式形成射束导引格栅。这些示例说明对于射束导引格栅的制造需要较高的成本。

在US 6 470 072 B1中建议，提供能够设置(调节)不同焦距的射束导引栅格，方式是将所述射束导引格栅构造成柔性的。建议将注塑用于制造，其中提出了由钨粉末和热塑性的材料构成的混合物。没有给出关于具体应当如何进行制造，尤其是如何克服上述困难的更详细的信息。

JP 2003-251 658 A示出了借助注塑制造具有细孔的光导体，其中，使用具有活动的子模的模具，一组平行的销能滑动地穿过所述子模。然而以这种装置无法得到聚焦的格栅。

US 2012/0085942 A1公开了一种用于制造射束导引格栅或者准直仪的方法,其中分体由钨粉末通过烧结制成，其然后被组装成准直仪。

US 2010/0276829 A1尤其记载了通过在模具中成型具有例如80重量％至98重量％的粉末材料(如钨粉末)的成型物料和粘合剂而制造具有高纵横比的防散射格栅。

DE 10 2011 050 963 A1示出了一种用于制造防散射X射线格栅的方法，其中，提供了具有通道的基体，然后在所述通道的侧壁上涂覆不吸收X射线的材料，并且在所述不吸收X射线的材料上涂覆吸收X射线的材料。作为基体的制造方法，在未详细阐述的情况下提及了注塑、激光、机械加工、等离子刻蚀等，其中，作为同样不吸收X射线的基体材料提到了热塑性材料、聚醚醚酮(PEEK)、石墨、铝及其组合。通道的轴向定向可以与从源发出的X射线锥

对应。

US 2013/0193329 A1示出了一种由中子闪烁体和粘合剂组成的中子闪烁体组合物。US 5 034 157公开了一种适用于注塑的混合物料，所述混合物料包含聚醚酮基体材料、例如PEEK树脂。

US 7 839 981 B2示出了一种由不同材料制成的射束导引格栅和相应的制造方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于制造前述类型的射束导引格栅的方法，通过所述方法尤其能够尽可能经济地制造大量部件(大件数)。还应提供相应经济地制造的射束导引格栅以及所述射束导引格栅的用途。

所述技术问题在方法方面通过本发明所述的措施解决。在射束导引格栅方面，本发明通过本发明所述的特征解决。在装置和应用方面，所述技术问题通过本发明所的特征解决。

在所述方法中结合前序部分的特征规定，借助注塑制造模制体，其中，借助注塑机将均匀化(均质化)的混合物作为能流动地处理的注塑物料填充到成型模制体的成型模具中，在填充注塑物料之前将能移动的型芯导引进入所述成型模具中。

利用这种措施(其在注塑的范畴中同样可涉及注射压缩模塑)通过相应地构造的模具实现了经济的制造、尤其是制造高件数。在此能够以保持不变的质量制造高品质的射束导引格栅，其中，尤其得到壁区域中的尽可能无缺陷的内壁表面。

针对由此制造的射束导引格栅和由所述射束导引格栅构成的装置或者基于所述射束导引格栅的用途也产生相应的优点。

所述方法的不同设计方案都将针对注塑过程进行预热和塑化的热塑性或者热固性塑料用作粘合剂。

对于执行和得到的射束导引格栅的品质有利的其它措施在于，作为热塑性塑料使用聚醚酮、尤其是聚醚醚酮(PEEK)。

此外，对于所述方法的执行和射束导引格栅的功能有利的措施在于，金属粉末、尤其是钨粉末与粘合剂的体积分数的比例为30/70至98/2。在发明人的初步研究中，例如40/60至95/5、50/50至90/10、尤其是60/40至85/15的范围或在这些范围界限之内的不同范围在此是有利的。

方法的执行可有利地以下述方式进行，即在成型过程中—为了实现使贯通通道的轴线相互成锐角地对准共同的焦点—在成型模具中与贯通通道的定向、格栅和形状对应地布置和构造型芯，将所述型芯在成型模具的壁区段外保持在支承单元上并且在注塑物料填充和预固化之后并且在抛出模制体之前从贯通通道中拉出(抽出)。

此外，对于方法的执行以下措施是有利的，即为了准备成型过程借助使支承单元与型芯共同移动的调节单元将所述型芯移入成型位置中并且在预固化之后借助使支承单元移动的调节单元将所述型芯从贯通通道中抽出。

针对方法的执行的其它优点由以下得出，即型芯通过成型模具的壁区段中的独立地对应配属的穿孔导引进入并且通过所述穿孔抽出，其中，所述型芯浮动地保持在支承单元上，以便补偿由于贯通通道和穿孔的倾斜走向而在导引进入和抽出时至少在x和/或y方向、任选地也在z方向上作用的侧向(横向)的运动分量。

射束导引格栅优选这样构造，使得贯通通道以其中心轴线相对于共同的焦点以锐角彼此倾斜地定向。

此外，由此实现射束导引格栅的精确的构造，即贯通通道从射束射入侧至射束射出侧呈圆锥形地扩大，其中，锥度角相对于中心轴线为最多1°。

射束导引格栅的其它有利的设计方案在于，从贯通通道的中央到中央之间的格栅距离为最高2mm并且壁区域在其最薄的位置处的厚度为最高200μm。

附图说明

以下根据实施例参照附图详细地对本发明进行阐述；在附图中：

图1示出了将射束导引格栅使用在X射线图像拍摄设备例如计算机断层扫描装置中的示意性视图，

图2在纵截面中示出了射束导引格栅的放大的局部视图，

图3在示意性视图中示出了射束导引格栅的局部的俯视图，并且

图4在示意性视图中在立体的剖视图中示出了用于制造射束导引格栅的注塑模具。

具体实施方式

在图1中示出的是将射束导引格栅(也称为防散射格栅或者准直仪的)使用在X射线诊断设备的拍摄装置1中。在焦点中例如以一米的距离布置有用于发出X射线的辐射源2，所述X射线穿过具有待检查的对象O的物体K。包含对象O的图像信息的X射线接着作为主射束30穿过射束导引格栅4的贯通通道并且被接收单元5接收，所述接收单元通常具有呈矩阵状地布置的接收元件。接着由多次单独的拍摄以已知的方式重建对象O的可分析的图像。以类似的方式也可以使用伽马射线、即使用电磁辐射的与X射线的更短的波长范围紧邻的范围的射线进行检查。于是，辐射源2构造为伽马射线源并且相应地设计接收单元5。

如进一步在图1中示意性地示出的那样，例如在物体K中所包含的散射中心处在射束穿过时可产生散射辐射31，所述散射辐射干扰或者弱化由主射束30得到的图像，从而使对图像信息的分析困难化或者不再能准确地实现。借助射束导引格栅尽可能地吸收散射辐射，射束导引格栅4的贯通通道40为此被吸收性的壁区域41包围。适宜的吸收材料是已知的，所述吸收材料包含有关的金属例如钨，或者具有对X射线或者伽马射线的类似的吸收特性的金属。

贯通通道40如在根据图2的局部视图中所表明的那样以其吸收性的壁区域对准布置在辐射源2中的焦点，由此使主射束30能够无阻碍地穿过射束导引格栅4。

由图3可知，射束导引格栅4二维地延伸并且例如配设有在横截面中呈矩形、正方形、其它多边形、圆形、椭圆形或者以适宜的方式自由成型为其它形状的贯通通道40。

拍摄设备1具有由多个相邻地布置的射束导引格栅4构成的装置，以便得到对象O的尽可能完整的图像。各个单独的射束导引格栅4例如具有4至20mm的高度(相对于射束穿过的方向)和几厘米的长度和宽度并且贯通通道的横截面尺寸例如约处于毫米的范围、例如0.5至1.5mm。壁区域的厚度在此为约40μm至200μm、例如60μm至150μm，其中，例如80μm至120μm的范围对制造可为适宜的。贯通通道40的倾斜角度例如以距离一米的共同的焦点为参照，从而各个单独的贯通通道40相对于所述焦点彼此成锐角地延伸。

如开篇所述，对射束导引格栅4的所述形成提出的要求导致相对较高的成本。为了尤其在较大的件数和同时良好的加工方面经济地规划成本，根据本发明以注塑技术制造射束导引格栅4，其中，构造和方式的特点在于图4示意性地示出的特殊的措施。

图4示出了注塑模具，所述注塑模具在注塑机中布置在注入注塑物料的注塑喷嘴前的出口处。注塑模具具有成型模具7，所述成型模具具有用于之后构成射束导引格栅4的注塑体或者模制体6的型腔。板状的成型件70布置在喷嘴侧并且构成模制体6的外部的周向轮廓。其它板状的成型件71在抛出侧位于所述成型件70下方。在抛出侧的其它成型件71中布置有贯穿开口，能移动的型芯72通过所述贯通开口朝向同样存在于模制体6中的贯通通道40的方向导引。图4仅示出了少量几个这种销状的型芯72。实际上针对所有贯通通道40都存在这种型芯72。

型芯72中的每一个都独立地以与焦点相关的必要的锐角相对于射束导引格栅4的垂直的轴线(z轴)定向，其中，所述射束导引格栅4或者模制体6在长度和宽度上在相对于z方向成直角的平面中沿着x/y方向延伸。在将型芯72导引进入型腔中时，通过注塑机的相关喷嘴输入用于制造模制体6的注塑物料，以便制造吸附的壁区域41，其中，所述注塑物料通过由吸收辐射的金属粉末和粘合剂、即尤其是钨粉末和粘合剂组成的混合物构成。

将加热的液态的注塑物料接着冷却至使模制体6预固化的温度。随后借助承载型芯的保持体80在由调节单元9进行操作的情况下将所述型芯72从模制体6的贯通通道中抽出。保持体80为此具有型芯保持装置81，所述型芯保持装置允许在从模制体6抽出型芯72时相对于z方向侧向(横向)地调节，因为在沿着z方向抽出型芯72时由于贯通通道40的倾斜的走向而在型芯72上叠加沿着x或者y方向的侧向的运动分量。型芯72在型芯保持装置81中的支承因此浮动地构造。浮动的构造也相应地在将型芯72通过抛出侧的其它成型件71的穿孔导引进入时允许沿着x和y方向的侧向的移动。

如图4所示，针对浮动的支承例如对于相应的各排型芯72存在单独的水平地沿着x方向延伸的导引装置(导轨)，而带有相关的型芯72的导引装置本身又能够沿着y方向调节，以便也能够在将型芯72导引进入或者抽出时在列方向上补偿相应的、与焦点对准的贯通通道40的方向。

作为用于脱模的措施，已被证明有利的是，型芯72沿着朝向焦点的方向略微地或者或多或少地较大程度地圆锥形地缩窄。

注塑模具或者成型模具7在成型件70和其它成型件71之间打开以便抛出模制体6或者射束导引格栅4。

在本发明的研究中得出，作为粘合剂例如可以有利地使用由聚醚酮、尤其是聚醚醚酮(PEEK)形成的热塑性塑料，所述热塑性塑料实现了在相对高的温度(例如330℃至450℃)下的稳定的特性和可成型性。在填充成型模具7和在抽出型芯72时的温度之间的温度差在此例如为70℃，注塑机的温度调节装置为此相应地以可控制的方式构造。也可以考虑的是其它的热塑性的粘合剂或者热固性的粘合剂。在金属粉末或者钨粉末相对于粘合剂的体积分数中，用金属粉末均匀地处理的注塑物料的填充度在30/70至98/2、例如40/60至95/5、50/50至90/10或者60/40至85/15的金属粉末比粘合剂的范围内，其中，介于其间的比例也是可以考虑的。在此也应当考虑对于吸收辐射的金属粉末和粘合剂所选择的材料以及射束导引格栅的几何关系例如壁区域的厚度。

按照本发明的方法尤其在高件数和保持恒定的高质量的情况下产生了射束导引格栅4的经济的制造方式。

Claims (14)

1.一种用于制造射束导引格栅(4)的方法，所述射束导引格栅由模制体制造，所述模制体配设有由贯通通道(40)制成的格栅和包围所述格栅的壁区域，所述模制体由吸收辐射的金属粉末和结合剂的混合物制成，

其特征在于，

借助注塑制造所述模制体，其中，借助注塑机将均匀化的混合物作为能流动地处理的注塑物料填充到成型模制体的成型模具(7)中，在填充注塑物料之前将能移动的型芯(72)导引进入所述成型模具中，和

所述贯通通道(40)从射束射入侧至射束射出侧圆锥形地扩大，其中，锥度角相对于中心的轴线为最多1°，

其中在成型过程中为了实现使贯通通道(40)的轴线相互成锐角地对准共同的焦点而与所述贯通通道(40)的定向、格栅和形状对应地在成型模具中布置和构造型芯(72)，所述型芯在成型模具(7)的壁区段之外固持在支承单元上并且在注塑物料填充和预固化之后并且在抛出模制体之前从所述贯通通道(40)中抽出，并且

所述型芯(72)通过成型模具(7)的壁区段中的独立地对应配属的穿孔导引进入并且通过所述穿孔抽出，其中，所述型芯浮动地固持在支承单元上，以便补偿由于贯通通道(40)和穿孔的倾斜走向而在导引进入和抽出时在x和y方向上作用的侧向的运动分量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述吸收辐射的金属粉末和结合剂的混合物是钨粉和结合剂的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

将针对注塑过程进行预热和塑化的热塑性或者热固性的塑料用作结合剂。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

使用聚醚酮作为热塑性的塑料。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

所述聚醚酮是聚醚醚酮(PEEK)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，

其特征在于，

金属粉末与结合剂在体积分数中的比例处于30/70至98/2的范围中。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

所述金属粉末是钨粉。

8.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

为了准备成型过程借助将支承单元与型芯(72)共同移动的调节单元(9)将所述型芯(72)移入成型位置中并且在预固化之后借助使支承单元移动的调节单元(9)将所述型芯从贯通通道(40)中抽出。

9.一种射束导引格栅(4)，所述射束导引格栅由具有格栅的模制体制成，所述格栅由贯通通道(40)和包围所述贯通通道的、吸收X射线或者伽马射线的壁区域构成，所述壁区域按照权利要求1至8中任一项所述的方法由在结合剂中结合的、均匀地分布的金属粉末成型，

其特征在于，

所述结合剂是热塑性或者热固性的塑料或者主要包含这种塑料，和

所述贯通通道(40)从射束射入侧至射束射出侧圆锥形地扩大，其中，锥度角相对于中心的轴线为最多1°。

10.根据权利要求9所述的射束导引格栅(4)，

其特征在于，

所述金属粉末是钨粉。

11.根据权利要求9所述的射束导引格栅(4)，

其特征在于，

所述贯通通道(40)以其中心的轴线参照焦点以锐角彼此倾斜地定向。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的射束导引格栅(4)，

其特征在于，

从贯通通道(40)的中央到中央之间的格栅距离最高为2mm并且壁区域在其最薄的位置中的厚度最高为200μm。

13.一种装置，所述装置在具有至少一个X射线源的光学系统中由多个根据权利要求9至12中任一项所述的射束导引格栅(4)相邻地布置而构成，在所述光学系统中，贯通通道(40)以其中心的轴线对准X射线源。

14.一种根据权利要求9至12中任一项所述的射束导引格栅(4)或者根据权利要求13所述的装置在计算机断层扫描中的应用。

Images