X射线准直器的制作方法

已知X射线准直导致在X射线成像系统的图像质量的改进。这是因为在通过被成像的物体后，一种X射线源准直减少了到达X-射线传感器元件的散射的X射线光子的量。这些散射的X射线光子另外将有助于传感器元件的读取，以及降低X射线图像的整体对比度，因为它们不传达相同的相关的诊断信息如未被散射的X射线光子，所述未被散射的X射线光子直接从X射线源传到传感器元件。散射的光子使射线图片经常变得模糊。

一般地，现有的X射线准直器包括一个二维滤线栅，有时也被称为防散射滤线栅，防散射滤线栅直接被放置在传感器的前面，并用于吸收或阻止光子以一大角度发射。这些防散射滤线栅通常是由高密度金属组成的网格结构，防散射滤线栅的操作可以被认为类似于一个软百叶窗校准光学光子。在文献中已经描述了各种几何结构和制造方法，它们的相似地目的是减少不必要的散射光子撞击传感器。

除了防散射的方法，X射线透镜也被使用。广泛的方法被讨论，试图聚焦X射线，使其具有更高的效率或更好的焦点特性。例如，现有技术的X射线透镜，包括复合管(组装和融合)和沃尔特光学(网格材料)，两者的运作本质上都是通过集体反射X射线单光子源。

折射透镜也被描述。

近年来，微米级别X射线源的发展有了新的进展，使得现在有可能产生一个二维阵列的X射线源，X射线源有一个从100微米到1厘米或更多的典型距离。

一个二维X射线源的例子被公开在专利WO 2011/017645中，该专利中的仪器可以产生用于成像的X射线。

已知的准直和透镜效应的方法对于准直一个二维阵列的X射线源不是很有用。本发明的实施例的一个目的是至少缓解已知X射线准直方法的缺点，并提供一个准直从二维阵列的X射线源发出的X射线的方法。

本发明的一个目的是为了提供一个准直X射线的方法，其中多个准直元件或孔接收来自一个单个X射线源的X射线光子。本发明的另一个目的是为了提供一个X射线准直的方法，其中每个准直元件或孔包括一个高宽比的锥形结构并与一个微米级别的二维阵列X射线源对齐，这样发射器通过发射基座控制在分布X射线源中的X射线发射角度和分布。在这方面，高宽比的高度与宽度的比例约为10:1到1000:1。

在第一方面，本发明提供了一种X射线准直器，所述X射线准直器包括一个含有多个孔的基板，其中至少一些孔具有一个锥形入口和一个沿其轴向长度的管状部分，其中锥形入口是截头圆锥形的。由此在使用时，伴随在锥形入口的X射线源，至少一些孔中的每一个在一个狭窄的锥角发射一束X射线光子。

在这方面，术语“狭窄的锥角”可能意味着大致平行和/或有一个相对于平行的角度的偏差，偏差范围为1至20度。

多个孔可设置在一个二维阵列中，二维阵列可以是一个滤线栅的形式。滤线栅可以常规地设置在，例如常规间隔的列和行中。或者，滤线栅可以是不规则的。

基板可以包括硅或玻璃。玻璃可以是熔融石英。

截头圆锥部分可以由一个近似抛物线的形状描述。抛物线形状可以由一个约为被称为“温斯顿锥”的形状来定义。管状部分可以是圆柱形的。

截头圆锥部分的孔入口和管装部分输出孔之间的距离可以基本上大于输出孔直径，设置成这种几何形状是为了减小相对于非制导辐射开口角度的X射线发射开口角度。

截头圆锥部分的孔入口和管装部分输出孔之间的距离可以被称为“准直器标称长度”

准直器标称长度可以至少是输出孔直径的十倍，设置成这种几何形状是为了减小相对于非制导辐射开口角度的X射线发射开口角度。

准直器标称长度相对输出直径的比例可以被描述为准直器的“纵横比”。

穿过基板的孔可以排列在带有薄膜的内表面上。薄膜可以包括至少一个钨或铱的单层。薄膜可以包括一个双层，双层包括钨和氧化铝、钨和硅、以及钨和碳。薄膜可以包括一个双层，双层包括一个高原子序数金属和一个低原子序数或低浓度间隔材料。在这方面，术语“低”可以意味着有一个原子序数低于“高原子序数金属”。“低原子序数材料”可以有一个原子序数仅比“高原子序数金属”小一。所述双层可以包括一个多层薄膜。

X射线准直器可以进一步包括一个目标材料，所述目标材料包括一个高原子序数材料的一个第一薄板，所述第一薄板作为一个目标材料从一个电子发射器阵列转换一个电子源进入X射线光子的局部源，其中所述截头圆锥部分的输入可以紧靠目标材料。

第一薄板可以包括钨、钨合金、钼或金中的一个或多个。目标材料的第一薄板可以有一个大约1微米到5微米的厚度。

X射线过滤材料的一个第二薄板可以置于目标材料和在基板上的截头圆锥孔开口之间。所述X射线过滤材料可以包括铝。

所述X射线过滤材料可以有一个大约100微米到500微米的厚度。

在第二方面，本发明提供了一个X射线准直器部件，所述X射线准直器部件根据第一方面包括两个或更多的X射线准直器，其中一个X射线准直器基板的管状输出孔与相邻X射线准直器基板的截头圆锥输入孔对齐，以延伸准直孔的长度。换而言之，两个准直器可以说是串联的。

在第三方面，本发明提供了一种用于获得X射线图像的方法，包括根据第一方面提供一个X射线准直器的步骤，将所述X射线准直器与一个二维X射线传感器对齐，在使用中，X射线光子从X射线源穿过准直孔并出现在一个X射线光子的狭窄的锥角，一些X射线光子然后穿过被置于准直器输出孔和X射线传感器之间的一个物体。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于获得物体X射线图像的方法，包括根据第一方面提供一个X射线准直器的步骤，提供了一个X射线源阵列的步骤，提供了一个X射线传感元件阵列，将X射线准直输入孔与X射线源阵列对齐，并且将X射线准直输出孔与X射线传感元件阵列对齐的步骤。由此X射线光子从X射线源阵列穿过准直孔并出现作为一个近似平行的X射线光子光束，所述X射线光子光束穿过一个被置于准直器的输出孔和X射线传感元件阵列之间的物体。X射线源阵列可以是二维的。X射线传感元件阵列可以是二维的。

本发明的实施例有一个优点，实施例提供了一个X射线的准直方法，所述X射线是从一个二维阵列的微米级别的X射线源发射的。

本发明的上述或其他特点、特征和优点将从下面的详细描述中凸显，结合附图，通过实例说明本发明的原理。描述是为了举例说明，而不限制本发明的范围。下面所引用的附图标记参考附图。

图1是一个X射线准直器的平面图；

图2是一个X射线准直器的截面图；

图3是一个截面图，展示了图2中的X射线准直器耦合于一个X射线目标材料和电子源；

图4是一个截面图，展示了包括一个X射线过滤材料的图3中的X射线准直器；以及

图5是一个截面图，展示了图4中的两个X射线准直器和一个物体，物体被成像在一个二维X射线传感器中的相邻元件。

本发明将根据附图被描述，但本发明不限于此，仅限于权利要求。所描述的附图只是示意图，并且没有限制。每张附图不包括本发明的所有特点，因此不应该被认为是本发明的一个实施例。一些元件的尺寸可以被放大，图片不根据尺寸来说明用途。尺寸和相对尺寸不符合对于本发明的实践的实际减少。

此外，术语的第一、第二、第三和类似的术语，在说明书中和在权利要求中用于区分相似的元素，不一定用于描述序列，无论是在时间上、空间上还是在排名上或任何其他方式。可以知道，在适当的情况下，使用的术语是可以互换的，此操作在其他序列中要不在此描述和或说明的更方便。

另外，术语顶部、底部、上方、下方类似的术语，在说明书中和在权利要求中用于描述性的目的，不一定用于描述相对位置。可以知道在适当的情况下，使用的术语是可以互换的，此操作在其他序列中要不在此描述和或说明的更方便。

需要注意术语“包括”使用在权利要求中不应该被译为仅限于其后所列的手段；它不能排除其他元件和步骤。它应该被译为详述所述特点、整数、步骤或组件，但不排除增加一个或多个其他的特点、整数、步骤或组件或组。因此“一个装置包括方法A和方法B”的表达范围不应该限制为装置仅包括组件A和组件B。这意味着对于本发明，设备的唯一相关组件是A和B。

相似地，需要注意术语“被连接的”在描述中不应该被译为仅限于直接连接。因此“一个装置A被连接于一个装置B”的表达范围不应该被限制与装置或系统，其中一个装置A输出直接被连接于一个装置B输入。这意味着在装置A输出和装置B输入之间存在一个路径，该路径包括其他装置或方法。“被连接”的意思应该为两个或两个以上的元件中的一个是直接的物理或电接触，或者两个或两个以上的元件互相非直接连接，但仍然配合或相互作用。例如无线连接性。

在说明书中引用到“一个实施例”或“一个方面”意味着与实施例或方面相关的一个特点、结构或特征被包括在本发明的至少一个实施例或一个方面。因此出现在说明书多处的“在一个实施例中”、“在一个实施例中”或“在一方面”不一定都引用同一个实施例或方面，而是可以引用不同的实施例或方面。另外，本发明的任何一个实施例或方面中的特点、结构或特征可以以任何适当的方式组合，在一个或多个实施例或方面中此发明的公开对于本领域的技术人员是明显的。

相似地，需要注意在描述中，本发明的不同特点有时组合在一起处于单个实施例、图片或描述中，旨在简化发明的公开，并有助于了解一个或多个创新方面。然而此公开的方法不应该被译成反映一个发明，含有权利要求的发明需要更多特点比起在每个权利要求中的明确叙述。另外，任何一个独立附图或方面不一定被认为是一个本发明的实施例。相反，由于以下权利要求反映，发明方面少于一个先前公开的实施例的所有特点。因此权利要求的详细描述明确地被包含在此详细描述中，每个权利要求作为本发明单独的实施例支持它自己。

另外，当一些被描述的实施例包括一些在其他实施例中的特点，不同实施例中的组合特点意味着在本发明的范围内，并且形成另外的实施例，同样被本领域的技术人员理解。例如，在下面的权利要求，任何有权利要求的实施例可以使用在任何组合中。

在描述中，许多具体的细节被详尽的解释。然而，可以知道本发明的实施例实践时不需要这些具体的细节。在其他情况下，已知的方法、结构和技术还没有被详细地显示，为了不掩盖这种描述的理解。

本发明的实施中，除非描述相反，对于上限或下限的允许范围内的一个参数代替值的公开，加上一个指示，所述值的一个比其它值更优选。这将被解释为一个隐含的语句，即所述参数的每个中间值，置于更优选的所述代替值和更不优选的所述替代值之间，它自己优选于所述更不优选的值并且也优选于处于更不优选的值和所述中间值之间的每个值。

术语“至少一个”的使用可以意味着在某些情况下只有一个。

本发明的原理现在将被描述通过至少一个本发明的示例性特征有关的附图的一个详细描述。很明显，根据本领域技术人员的知识不脱离本发明的基本概念或技术教学，其他安排可以被设置，本发明仅限于权利要求的条例。

图1展示了一个X射线准直器的俯视平面图。基板包括一个平面矩形板，该板的厚度远小于它的两个侧边。基板10可以包括硅。或者基板可以由其他材料制成，例如玻璃材料、玻璃材料可以为熔融石英。其他的基板材料也可以被认为是有用的替代。

基板10材料可以包含分散的间隙材料钨，虽然其他高原子序数元素，如铅、黄金或钽也可被使用。

在基板10上设置有一系列的准直孔30，这些准直孔可以被设置在一个二维阵列中。阵列整齐的包括五列和四行，虽然其他数量的列和行也可以考虑。孔的分布是有用的，如果X射线源也被设置在一个二维滤线栅内，这样每个准直孔都与一个X射线光子源对齐。其他孔的几何形状和图案也是有用的。

在一个实施例中，孔30的直径约为100微米，并且被置于在滤线栅中相邻孔30之间的一个1毫米到1厘米的距离。

图2展示了一个独立的准直锥形孔30的横截面。锥形孔30包括一个基本的管状部分。它基本上是关闭在左手端，但包括一个入口20，X射线从入口进入孔30。孔30基本上打开于对边端50以使X射线通过。孔30中侧壁的一个部分40是锥形的，该部分处于入口20和基本上管状的部分中。

锥形部分40可以是抛物线状的，并且描述为一个温斯顿锥形状，虽然其他的抛物线状也是有用的。

锥形孔30在其输出端50可以接近于圆柱形，虽然其他输出孔的几何形状是有用的。

入口20位于的基板的一侧，其带有对边的输出端50。因此孔穿过板的一侧到另一侧，并在大致垂直于板的平面的纵轴上有一个口径。

孔30的入口20到输出端50的距离可以在1毫米到1厘米的范围，虽然其他距离也是有用的。

在一个实施例中，准直锥形孔30可以通过化学深腐蚀方法制造，例如氧化后的深反应离子刻蚀，并进一步蚀刻，以去除凸起部分，虽然用其他制造方法，将锥形几何形状制造成高深宽比的结构和内壁光滑是可能的。

准直锥形孔30的内表面有一个薄膜60，薄膜60的材料是从那些通常在“超镜”中使用的材料中选择。例如，薄膜可以包括单个钨薄膜，或单个铱薄膜。在另一个实施例中钨和硅的双层或钨和碳的双层可以被使用。其他“超镜”的材料包括一个高原子序数金属和一个低原子序数金属/低浓度间隔材料的组合，这种材料也很有效。

薄膜60通过原子层沉积技术可以被设置在锥形孔30内，虽然其他的薄膜沉积过程也可以被考虑。

图3是一个截面图，展示了一个独立的准直锥形孔30耦合于一个X射线目标材料70，这样入口20基本上相邻于目标材料70。孔30被显示为与邻近的电子源90对齐，该电子源产生电子，电子随后通过一个外加电场沿着电场线80加速，使得电子撞击X射线目标材料70。在这方面，术语“对齐”是指孔径中心轴线或纵轴基本上平行并重合于电子源的轴中心。然而，可以有一定的公差，公差在例如准直器孔的直径的一个百分比内，典型的百分比为1％至50％之间，虽然更小或更大的公差会被考虑。

使用中，锥形孔被设置为使得锥形端40和入口20相邻于一个X射线目标材料70，该目标材料可以有一个1微米到5微米厚的钨薄板，虽然其他X射线目标材料诸如钼、金或钨合金也可以使用。

X射线目标材料70钨可以被一个低密度的填隙料分割，该填隙料分散在邻近的钨目标材料之间。有可能将填隙料移除，使钨目标材料连续。

入口孔20可以与X射线光子源(70)尽可能的靠近。在这方面，术语“竟可能靠近”是基于以下事实，既一些材料通常设置在目标材料和孔端之间，用于保持目标材料。已知的方法是移除所有只留约1微米厚度的薄层，更多常见的方法是留一个数十微米的厚度，通常为50微米到100微米的范围。

使用中，在一个基本的准直过程中，从目标材料70钨发射的X射线光子将从W:AlO₂的薄膜60被内部反射，并以基本上准直的形式出现在锥形准直孔30的输出端50。

图4是一个截面图，展示了一个X射线准直器30耦合于一个X射线目标材料70，带有一个X射线过滤材料100，材料处于目标材料70和入口20之间。

X射线过滤材料100可以包括一个250微米厚的铝板，而其他材料和其他厚度也可以被使用，这取决于X射线的终点能量、目标材料和具体应用。

过滤材料100吸收低能X射线光子和未变化的电子。通过过滤材料100的传输的X射线光子的能量范围因此更均匀，这导致产生的X射线图像质量的改善，这可以被本领域的技术人员理解。

图5是一个截面图，展示了一个实施例，其中在使用时，两个相邻的电子源90在目标材料70中产生X射线光子。高能X射线光子通过过滤材料100，在穿过被成像物体110，并随后到达在一个二维X射线传感器130中的相邻元件120之前，沿着准直锥形孔30被内部反射。图中展示了X射线源和准直孔之间的一一对应，然而，其他的比例，诸如多个X射线源到一个准直器，以及一个准直器到多个目标材料(比如四个)，也是可以的。

间隙元件31(即在孔30之间的材料)，用于阻挡穿过在相邻的准直锥形孔入口孔20之间的任何X射线光子。例如，间隙元件可以吸收X射线。这导致在基板10内只有被引导到准直孔30的X射线光子出现在近似垂直于准直器平面，并使所得到的图像质量获得相应的改善。在这方面，准直器平面可以是一个假想的平面，平面基本垂直于孔30口径的纵轴。

可以在准直器孔50的输出中增加一个额外的X射线吸收材料的薄层，以吸收低能X射线光子。通过吸收非常低能量的X射线，这薄层使得光谱“硬化”或“固化”，非常低能量的X射线不会有助于图像的形成，但对病人或目标体增加剂量。

可以使用两个或两个以上准直器基板10，由此基本上圆柱形的一个X射线准直器基板10的输出孔30对齐于邻近与X射线准直器基板10的入口孔20，以便延伸准直孔30的长度。

其他的设置也是有用的。例如，一个准直器孔包括一个跟随在一个间隙(或较长直径管)后的短的锥形区域，该间隙终止在一个较窄的孔。这个设置可以十分类似于锥形部分加上上述的笔直管段，但允许更简单的制造。然而，这会导致X射线更低效的引导。另一个设置也是有用的，它是不同直径的几个孔的层积，这样整体框架是如前面所描述的，但它的制造和组成是不同的。也可以使用其他形状替代截头圆锥部分，例如线性锥(圆锥形)，双曲线形或半球形部分。