一种自支持的均匀冗余阵的伽马射线准直器的加工方法与流程

本发明涉及一种自支持的均匀冗余阵的伽马射线准直器的加工方法，属于伽马射线成像技术领域。

背景技术：

如图1中的虚线框所示，均匀冗余阵的伽马射线准直器一般由大小相等的方形网格排列而成，阴影部分表示金属屏蔽板，白色部分表示窗口。图1的虚线框的外部阴影部分也表示金属屏蔽板。该准直器的屏蔽区域和窗口区域的排列方式可用方形矩阵表示：矩阵元素为0，表示该处的网格需要屏蔽伽马射线，为屏蔽网格，如图1中的阴影区域所示为屏蔽区域；矩阵元素为1，表示该处的网格允许伽马射线通过，为窗口网格，如图1中的空白区域所示为窗口区域。边相邻的多个屏蔽网格组成了屏蔽块，边相邻的多个窗口网格组成了窗口块。

图1给出的理想的9×9网格的均匀冗余阵的水平中轴线上均为屏蔽网格，是分隔行。该分隔行将该均匀冗余阵分为上下两个区域。传统的伽马射线准直器的加工方法是在整块金属板上打圆孔以获得准直器的窗口网格，保留的部分即屏蔽网格。若采用这种传统的加工方法来加工均匀冗余阵的伽马射线准直器，则会存在以下缺点：一是加工成本非常高；二是用圆孔代替了均匀冗余阵的方形孔，大幅降低了伽马射线的通过率，从而造成伽马射线成像时间的增加。

公开号为cn102798879a的发明专利提出了一种用于伽马放射源定位仪的准直器的加工方法：首先加工出不同大小的金属屏蔽块，然后使用粘结剂将金属屏蔽块安装在固定板的开槽中，未粘结金属屏蔽块的区域即为窗口块。这种加工方法相较于传统方法，窗口块为方形，伽马射线通过率更为接近于理想的均匀冗余阵。不过,这种方法有以下几个缺点：一是这种加工方法较为复杂；二是固定板的引入会造成射线的散射，从而增加成像噪声；三是屏蔽块通过固定板上的凹槽安装，容易引起组装偏差，会进一步增加成像噪声。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种加工简单、成本低，所得准直器通过率高、成像噪声低的排列方式为均匀冗余阵的伽马射线准直器的加工方法。

本发明提供一种自支持的均匀冗余阵的伽马射线准直器的加工方法，若拟加工的屏蔽板上的预定为所述均匀冗余阵的区域的水平中轴线上的一行都是屏蔽网格，则将该行作为加工的分隔行，所述分隔行的上下两侧分别为第一加工区域和第二加工区域；对应的，若均匀冗余阵的竖直中轴线上的一列都是屏蔽网格；则将其作为加工的分隔列，所述分隔列的左右两侧分别为第一加工区域和第二加工区域；其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：步骤a：在所述拟加工的屏蔽板上加工出两个小孔，分别为第一小孔和第二小孔，所述第一小孔和所述第二小孔的大小以能穿过线切割的丝为准，所述第一小孔和所述第二小孔分别位于所述分隔行的上下两侧或所述分隔列的左右两侧，且所述第一小孔和所述第二小孔均必须位于所述均匀冗余阵的窗口区域内；步骤b：固定金属板到线切割设备上，将线切割设备的丝穿过所述第一小孔，将所述第一小孔作为线切割的起始点；按照第一加工路线进行线切割，完成按均匀冗余阵排列的准直器区域的被分隔行隔开的上半区域或被分隔列隔开的左半区域的加工；步骤c：以第二小孔作为线切割的起始点，按照第二加工路线进行线切割，完成按均匀冗余阵排列的准直器区域的被分隔行隔开的下半区域或被分隔列隔开的右半区域的加工；所述第一加工路线和第二加工路线的确定方法如下：(1)以所述第一小孔或所述第二小孔为起点，初始路线为从所述第一小孔或所述第二小孔到其所在的窗口区域的边界上；(2)视所述第一加工区域或者所述第二加工区域中的所有的窗口块的角为一笔画问题中的顶点，视窗口块的边为一笔画问题中的顶点之间的连线，从而整个拟加工区域的窗口块构成了一个连通图；(3)对于步骤(2)的连通图，根据欧拉定理确定一笔画的画法；(4)所述第一加工路线或所述第二加工路线在一笔画只需经过一次的顶点处走直角；所述第一加工路线或所述第二加工路线在一笔画需经过两次或以上的顶点处走非直角；(5)将初始路线与步骤(4)中修正后的一笔画路线相连接即为所述第一加工路线或所述第二加工路线。

可选的，所述步骤b和步骤c之间，还包括如下步骤：将所述屏蔽板取下，然后重新安装定位所述屏蔽板，使得所述屏蔽板的所述第二小孔对准丝线；或者，取下丝线，将所述线切割设备的线架定位到所述第二小孔的位置，然后装上丝线。

可选的，所述非直角为弧形、或锯齿形、或三角形、或不规则形状、或以上任至少两种的形状的组合。

可选的，所述非直角为圆角。

可选的，所述屏蔽板为钨板、钨合金板、铅板或铅合金板。

可选的，所述屏蔽板为钨铜合金板，所述非直角为圆角倒角，所述圆角倒角的半径为大于等于5丝，小于等于所述屏蔽网格边长的一半。

本发明第二方面提供一种自支持的伽马射线准直器的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：步骤a：在拟加工的屏蔽板上加工出第一小孔，所述第一小孔的大小以能穿过线切割的丝为准，所述第一小孔位于所述屏蔽板的预定为窗口区域的范围内；步骤b：固定金属板到线切割设备上，将线切割设备的丝穿过所述第一小孔，将所述第一小孔作为线切割的起始点；按照第一加工路线进行线切割；所述第一加工路线的确定方法如下：(1)以所述第一小孔为起点，初始路线为从所述第一小孔到其所在的窗口区域的边界上；(2)视拟加工区域中的所有的窗口块的角为一笔画问题中的顶点，视窗口块的边为一笔画问题中的顶点之间的连线，从而整个拟加工区域的窗口块构成了一个连通图；(3)对于步骤(2)的连通图，根据欧拉定理确定一笔画的画法；(4)所述第一加工路线在一笔画只需经过一次的顶点处走直角，在一笔画需经过两次或以上的顶点处走非直角；(5)将初始路线与步骤(4)中修正后的一笔画路线相连接即为所述第一加工路线。

可选的，所述非直角为弧形、或锯齿形、或三角形、或不规则形状、或以上任至少两种的形状的组合。

可选的，所述非直角为圆角。

可选的，所述屏蔽板为钨铜合金板，所述非直角为圆角倒角，所述圆角倒角的半径为大于等于5丝，小于等于所述准直器的预先设计的屏蔽网格的边长的一半。

本发明公开的加工方法可以同时对多个金属板进行加工，且仅采用两次线切割，其成本较低、加工简单。其次，利用本发明公开的加工方法加工的准直器，窗口网格为某些角为圆角或斜角的方形网格窗口，其伽马射线通过率比较接近理论值。再次，本发明公开的加工方法无需额外的固定板，无需组装屏蔽块，降低了准直器的成像噪声。最后，本发明公开的加工方法在进行两次线切割之间，无需重新安装工件，很好的避免了加工误差，从而进一步的降低了准直器的成像噪声。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是9×9网格的理想的均匀冗余阵排列方式的示意图。

图2是本发明第一个实施例的小孔位置示意图。

图3是本发明第一个实施例的加工路线示意图。

图4是本发明第二个实施例的顶点修正的形状示意图。

图5是本发明第三个实施例的窗口区域的顶点修正的形状示意图。

图6是本发明第三个实施例的屏蔽区域的顶点修正的形状示意图。

图7是本发明第三个实施例的窗口区域的顶点修正的形状示意图。

图8是本发明第三个实施例的屏蔽区域的顶点修正的形状示意图。

主要部件符号说明：1-小孔；2-小孔；3-加工路线；4-窗口块；5-顶点；6-顶点；7-顶点；100-9×9网格的均匀冗余阵；101-窗口块；102-窗口块。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步描述。

本发明采用的是均匀冗余阵的伽马射线准直器，因此，其加工方法可以结合均匀冗余阵的特点来进行设置。均匀冗余阵具有重复特性。若均匀冗余阵的水平中轴线上的一行都是屏蔽网格，则均匀冗余阵被水平中轴线分隔的上半区域和下半的区域的屏蔽网格和窗口网格的排列方式是相同的或者是以阵列中心旋转180°对称的。若均匀冗余阵的竖直中轴线上的一列都是屏蔽网格，则均匀冗余阵被竖直中轴线分隔的左半区域和右半区域的屏蔽网格和窗口网格的排列方式是相同的或者是以阵列中心旋转180°对称的。需要指出的是，上述两种情况不会同时发生。

均匀冗余阵的加工并不能直接使用线切割的方法。这是因为线切割一般适用于轮廓切割加工，而理想的均匀冗余阵的各个窗口块是相互之间不连通的，丝线无法穿过一个窗口块到另外一个窗口块。

因此，本发明对加工路线进行设计，使其无需采用传统的成本较高的打孔加工方法，而是应用线切割这种成本较低的加工方法，并且，还可以实现准直器自支持的功能。具体做法可参见如下实施例。

实施例1

对屏蔽板按照以下步骤进行加工，以加工成自支持的均匀冗余阵的伽马射线准直器，步骤如下：

(a)若均匀冗余阵的水平中轴线上的一行都是屏蔽网格，则将该行作为加工的分隔行；对应的，若均匀冗余阵的竖直中轴线上的一列都是屏蔽网格；则将其作为加工的分隔列；以下步骤以分隔行的情况作为例子，分隔列的情况与分隔行的情况类似，此处不再赘述。

(b)选取打孔位置并打孔

如图2所示，图2是一块拟加工的具备伽马射线阻挡功能的屏蔽板，虚线是预定排列的屏蔽区域和窗口区域的交界处。

在预定的分隔行的上下两部分区域内，各选一个窗口区域内的位置作为打孔的位置。比如，可以如图2所示，选取预定的分隔行的上半区域内的任一窗口区域内的位置作为小孔1的位置，选取预定的分隔行的下半区域内的任一窗口区域内的位置作为小孔2的位置。

在拟加工的金属板上，在所选取的小孔1和小孔2的位置处用钻头打孔，得到小孔1和小孔2。小孔的大小以能穿过线切割的丝为准；

(c)固定金属板到线切割设备上，将线切割设备的丝穿过小孔1，将小孔1作为线切割的起始点；

(d)按照第一加工路线进行线切割

根据欧拉定理，若一个连通图所有的顶点均为偶点，则该连通图必然可以一笔画成。其中偶点的定义是，从该顶点引出的图形的连线的数目为偶数。一笔画成的定义是说，从连通图的任何一个顶点出发，笔不离开纸面，每条连线只经过一次，最后回到该顶点。

从图1可以看出，其中的顶点均为偶点，因此其必然可以一笔画成。因此，可以根据欧拉定理来设计一笔画的加工路线。这里需要注意的是一笔画的路径并不是唯一的。

除了根据欧拉定理，为了实现自支持，本实施例所设计的加工路线还需要遵循以下顶点修正原则：对于一笔画需要经过两次的顶点，比如图3中的顶点5或者顶点6，将每次经过该顶点的路线修正成走圆角的路线；对于一笔画只经过一次的顶点，比如图3中的顶点7，无需修正路线，即走直角即可。

由此，根据欧拉定理的一笔画方式以及上述顶点修正原则，设计出线切割加工所需的加工路线，如图3中带箭头的线段所示。

在分隔行的上半区域，以小孔1为起点，向小孔1所在的窗口区域的边界方向进行切割，切割方向如图3中的箭头3所示。需要注意的是，虽然图3所示的是从小孔1向小孔1所在的窗口区域的左上角的方向进行切割，然而，切割方向还可以是与图3不同的其他方向，只要切割路线是朝着小孔1所在的窗口区域的边界上的任何一点即可。然后，按照上述设计的线切割加工路线进行切割。上述切割路线为第一加工路线。

按照第一加工路线进行线切割，完成被分隔行隔开的上半区域的加工后暂停。

由于均匀冗余阵具有水平中轴线上的屏蔽块分隔行或竖直中轴线上的分隔列，丝线无法穿过，因而至少需要两次线切割才能完成准直器的加工。

(e)按照第二加工路线，进行线切割，完成被分隔行隔开的下半区域的加工，从而完成整个准直器的加工。

按照与第一加工路线同样的设计原则，对被分隔行隔开的屏蔽板的下半区域设计第二加工路线。或者，由于图1中上下两个区域的排列方式相同，因此，也可以采取与第一加工路线相同的路线作为第二加工路线，对被分隔行隔开的下半区域从小孔2开始进行加工。对于第一区域和第二区域以阵列中心旋转180°对称的情况，只需要将第一加工路线也以阵列中心旋转180°即可，在此不再赘述。

此处，两次加工路线的线切割之间的转换，可以采用传统的两次线切割之间的转换方式，即，一次线切割完成后，将工件取下，然后重新安装定位工件后进行第二次线切割。

但是，这种做法需要将工件重新安装，必然会带来安装误差。

为了更好的降低成像噪声，优选的，采用如下方法：取下丝线，将设备的线架定位到小孔2的位置，然后装上丝线。

具体的，本实施例采用的方法是：安装完待加工的金属板和丝后，完成第一次线切割；然后取下线切割设备的丝，让丝架移动到第二次加工路线的初始点，然后再安装丝，完成第二次线切割。

使用这种方法，由于无需将工件重新安装，因此可以很好的避免加工误差，进一步降低成像噪声。

特别需要指出的是，此处为了更形象表示本加工方法，图3中将倒圆角的半径设为了均匀冗余阵屏蔽网格边长的一半。为了更清楚屏蔽网格的概念，可以参见图1，图1虚线框所包含的区域内为9×9网格的均匀冗余阵，屏蔽网格的边长为均匀冗余阵的最小编码单元的边长。

在实际加工中，倒角的圆角的半径可以非常小，只要能够自支持即可。根据试验得知，为得到比较好的自支持的功能，倒角的圆角的半径需要大于等于5丝。优选的，准直器的材料采用钨铜合金板，其中钨含量为大于等于85％，小于等于95％，其余为铜，其厚度为大于等于1mm,小于等于3mm，这种材质的准直器结合大于等于5丝的倒角的圆角的半径的线切割方法，可以得到自支持效果较好的准直器，并且该准直器获得的成像质量较佳。此处自支持的定义是说准直器不需要额外的零件来支撑屏蔽块和窗口块的排列。在实际加工中，也可以将顶点修正成其他类型的弧形，不必限于圆弧形。

实施例2

实施例2的加工的准直器如图4所示。实施例2和实施例1的主要结构类似，此处不再展开描述。它们的区别仅在于，实施例1设计加工路线时，所遵循的顶点修正原则中，对于一笔画需要经过两次的顶点，比如图3中的顶点5或者顶点6，将每次经过该顶点的路线修正成走圆角的路线。而实施例2在设计加工路线时，所遵循的顶点修正原则中，对于一笔画需要经过两次的顶点，比如图3中的顶点5或者顶点6，如图4所示，将每次经过该顶点的路线修正成走斜角的路线。

相对于实施例1，本实施例采取斜角的形状会更容易加工，且其用于自支持的部分宽度均匀，受力分布相对均匀，有助于延长准直器的寿命。

实施例3

实施例3的加工的准直器如图5和图6所示。实施例3和实施例1的主要结构类似，此处不再展开描述。它们的区别仅在于，实施例3在设计加工路线时，所遵循的顶点修正原则中，对于一笔画需要经过两次的顶点，比如图3中的顶点5或者顶点6，如图5和图6所示，将每次经过该顶点的路线修正成走锯齿形的路线。

锯齿形状的优点是相对于斜角，提高了准直器的射线通过率，从而可以提高信噪比，提高成像质量。

实施例4

实施例4的加工的准直器如图7和图8所示。实施例4和实施例1的主要结构类似，此处不再展开描述。它们的区别仅在于，实施例4在设计加工路线时，所遵循的顶点修正原则中，对于一笔画需要经过两次的顶点，比如图3中的顶点5或者顶点6，如图7和图8所示，将每次经过该顶点的路线修正成走不规则的路线。

需要注意的是，图7和图8的不规则形状仅为示意图，实际加工中可以根据实际需要选择其他不规则形状。

实施例4的优点在于，可以根据实际需要对不规则形状进行优化，可以得到更小的成像背景，使其更容易使用算法消除，从而改善成像质量。

以上具体实施方式主要对9×9网格的均匀冗余阵排列的准直器做了具体的说明。对于其他规格的均匀冗余阵排列的准直器，其窗口网格为方形决定了由窗口块抽象所得的连通图的顶点必然都是偶点，从而必然可以一笔画出，此处不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。