способ изготовления коллиматора

Формула изобретения

1. Способ изготовления коллиматора, включающий использование послойной сшивки молекул фотополимеризующей композиции с помощью сфокусированного оптического излучения для выполнения пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения, расположенных в объеме поглощающего рентгеновское излучение материала, отличающийся тем, что предварительно в фотополимеризуемую композицию дополнительно добавляют материал, поглощающий рентгеновское излучение, и фотохимически сшивают объем коллиматора, кроме путей прохождения рентгеновского излучения.

2. Способ изготовления коллиматора по п.1, отличающийся тем, что не сшитую часть фотополимеризующей композиции удаляют.

3. Способ изготовления коллиматора по п.1, отличающийся тем, что материал, поглощающий рентгеновское излучение, берут в виде химического элемента, его оксида, его соли и/или их смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области диагностики с использованием проникающего излучения и может быть использовано при изготовлении приборов для преобразовании пучков частиц и излучений, например в медицинской радиологической технике для ограничения прохождения излучения, распространяющегося в различных направлениях, набором заданных путей при подавлении распространения излучения в других направлениях.

Известен способ изготовления коллиматора из набора перфорированных металлических пластин, разделенных полимерными прокладками. При сложении пластин образуются пространственно ограниченные пути прохождения рентгеновского излучения, позволяющие пропускать излучение по заданному набору направлений и подавлять излучение, распространяющееся в других направлениях. В важном частном случае (оси проходов сходятся в одну точку, в фокус), изменяя толщины прокладок можно менять фокусное расстояние коллиматора. При изготовлении слоев коллиматора используется технология фотолитографии (включающая уменьшение оптического изображения) с последующим травлением. В некоторых вариантах метода изготовления материал, поглощающий излучение, наносится непосредственно на слои (пат. US 4288697, кл. G 02 В 5/00, 1981 г.).

Однако в силу ограничений используемой технологии при уменьшении диаметра пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения необходимо использовать более тонкие пластины, так что число пластин (время и стоимость изготовления) возрастает, а в случае, когда их оси сходятся в одну точку, их форма не является гладким цилиндром, а представляет собой ступенчатое негладкое тело, поэтому прозрачность пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения является переменной по сечению, что усложняет интерпретацию информации, собираемой с помощью такого коллиматора и ухудшает, в конечном итоге, пространственное разрешение коллиматора.

Известен способ изготовления коллиматора, включающий выполнение в объеме поглощающего рентгеновское излучение материала пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения в виде параллельных сквозных отверстий, изготавливаемых с помощью химического, механического или лазерного сверления (пат. US 4144457, НКИ 250/445 Т, 1979 г.).

Однако коллиматоры, изготовленные таким способом, не удовлетворяют одновременно двум основным требованиям: высокого пространственного разрешения и сходимости осей пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения в одну точку. Обеспечение этих требований значительно удорожает стоимость коллиматора.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания коллиматора высокого пространственного разрешения, в том числе и со сходимостью осей пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения в одну точку с одновременным удешевлением технологии изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления коллиматора, включающем выполнение в объеме поглощающего рентгеновское излучение материала пространственно ограниченных путей прохождения рентгеновского излучения, согласно изобретению пути прохождения рентгеновского излучения формируют послойной сшивкой молекул фотополимеризуемой композиции с помощью сфокусированного оптического излучения.

Сущность предлагаемого нами изобретения состоит в создании основной части коллиматора в виде единой детали за счет послойного "выращивания" его структуры.

При этом можно идти двумя путями. В первом варианте - фотохимически сшивают сами пути прохождения рентгеновского излучения, после чего проводят заполнение свободного пространства материалом, поглощающим рентгеновское излучение. Во втором - сшивают объем коллиматора, кроме путей прохождения рентгеновского излучения, предварительно добавив в фотополимеризуемую композицию материал, поглощающий рентгеновское излучение.

Источником оптического излучения может быть лазер, лампа накаливания и т.п.

В первом варианте для обеспечения жесткости и неизменности формы и взаимного расположения путей прохождения рентгеновского излучения их в процессе формирования можно соединять дополнительными жесткими связками.

Для увеличения коэффициента прохождения рентгеновского излучения полимер, сшитый в месте путей прохождения рентгеновского излучения, после заполнения свободного пространства материалом, поглощающим рентгеновское излучение, лучше удалить.

Заполнение свободного пространства материалом, поглощающим рентгеновское излучение, можно проводить электрохимическим осаждением.

Однако проще и дешевле брать материал, поглощающий рентгеновское излучение, в виде порошка, и заполнять им свободное пространство.

Для закрепления порошка можно дополнительно добавить связующее вещество.

Для уменьшения веса коллиматора в порошок можно добавлять материал-наполнитель, в качестве которого берут вещества с малым удельным весом, например полимеры, кварц, стекло и т.п., и перемешивать его с материалом, поглощающим рентгеновское излучение или располагать его слоями между слоями материала, поглощающего рентгеновское излучение.

Во втором варианте для увеличения коэффициента прохождения рентгеновского излучения несшитую часть фотополимеризуемой композиции лучше удалить.

Материал, поглощающий рентгеновское излучение, можно брать в виде химического элемента (вольфрам, свинец, висмут, уран), его оксида, его соли и/или их смеси.

Изобретение иллюстрируется, но не исчерпывается следующими примерами.

Пример 1. Пути прохождения рентгеновского излучения формируют, используя метод стереолитографии. При этом из фотополимера (ИПЛИТ-1, НИЦТЛ-1) сфокусированным лучом лазера, сшивая фотохимически его молекулы, изготавливают сначала основание, а затем выращивают столбики, направленные к фокусу. После изготовления инверсного слепка будущего коллиматора проводят заполнение свободного объема материалом, поглощающим рентгеновское излучение, например свинцом. Для этого изготовленный слепок помещают в раствор электролита (щелочной раствор ацетата свинца). Анод выполнен из пластины свинца. Катод подведен к основанию слепка. Далее проводят электрохимическое осаждение свинца между столбиками.

Пример 2. То же что в примере 1, только для увеличения коэффициента прохождения рентгеновского излучения полимер (сшитый в местах путей прохождения рентгеновского излучения, после заполнения свободного пространства свинцом) удаляют, растворяя его в 20%-ном растворе едкого натра. При этом коллиматор имеет пространственное разрешение 1,5 мм при фокусном расстоянии в 10 см, а коэффициент прохождения рентгеновского излучения увеличился до 98% (примерно на 10%).

Пример 3. То же что в примере 1, только для обеспечения жесткости и неизменности формы и взаимного расположения путей прохождения рентгеновского излучения их в процессе формирования соединяют дополнительными жесткими связками, а в качестве материала, поглощающего рентгеновское излучение, берут порошок металла, например вольфрама, и заполняют им жесткую форму, в которой и были сформированы пути прохождения рентгеновского излучения. При этом коллиматор имеет пространственное разрешение 0.9 мм при прежнем фокусном расстоянии в 10 см.

Пример 4. То же что в примере 3, только для обеспечения жесткости объема коллиматора порошок вольфрама смачивают клеем (“Момент”) и дают затвердеть в течение 24 часов. Характеристики полученного коллиматора при этом не изменились.

Пример 5. То же что в примере 4, только порошок вольфрама для уменьшения веса и удешевления коллиматора предварительно перемешивают с материалом-наполнителем, в качестве которого берут порошок кварца. Характеристики полученного коллиматора при этом не изменились.

Пример 6. То же что в примере 4, только в качестве материала, поглощающего рентгеновское излучение, берут порошок оксида металла, например окись висмута, в качестве материала-наполнителя берут стекло и располагают его слоями, чередуя со слоями оксида висмута.

При этом коллиматор имеет пространственное разрешение 0.9 мм при прежнем фокусном расстоянии в 10 см.

Пример 7. То же что в примере 6, только в качестве материала, поглощающего рентгеновское излучение, берут порошок соли, например вольфрамата натрия, в качестве материала-наполнителя берут полимер (полиметилметакрилат). При этом коллиматор имеет пространственное разрешение 0.9 мм при прежнем фокусном расстоянии в 10 см.

Пример 8. Порошок вольфрама (размер частиц 5 мкм) добавили в фотополимеризуемую композицию (НИЦТЛ-1) в количестве 10% вес. Полученную смесь послойно обрабатывали сфокусированным лазерным пучком (длина волны 254 нм). При этом толщина обрабатываемого слоя (слоя, обрабатываемого при одном шаге) составляла 80 мкм. Сканирование (развертывание) луча было организованно так, чтобы фотополимеризация смеси не происходила в областях будущих каналов для прохождения излучения. Послойная обработка (шаг за шагом) продолжалась до получения готового изделия. Неполимеризованную часть смеси вымывали из изделия ацетоном, изделие сушили при 80°С в течение 30 минут. При этом коллиматор имеет пространственное разрешение 0.9 мм при фокусном расстоянии в 12 см.

Как видно из приведенных примеров заявляемый способ позволяет просто и дешево изготавливать коллиматоры, не уступающие по своим характеристикам известным из современного уровня техники, т.е. значительно упрощается технология изготовления, повышается разрешающая способность, улучшаются эксплуатационные качества (за счет уменьшения веса коллиматора), снижается стоимость.