具有最佳微型結構的x射線圖象增強管的製作方法

2023-10-08 10:48:39

專利名稱:具有最佳微型結構的x射線圖象增強管的製作方法
本發明涉及一種製造具有一入射屏幕的X射線圖象增強管的方法，該入射屏幕包括一層發光材料和一個光陰極，它們一起裝在支座上;本發明也涉及用本發明方法製造的X射線圖象增強管。
這種方法是由美國(專利)3，821，763號而為大家所知的，其中所敘述的X射線圖象增強管具有的發光層最好由CsI組成，並在此發光層中形成一種結構。一方面，由於汽相澱積參數，如基底的溫度、汽相澱積的速度等參數適用於這個目的，故可在所述的CsI層中形成一種結構。另一方面，如同上述專利中所敘述的，可通過該層的熱處理法形成一個附加結構。具有這種結構的層稱為有裂紋的層。已經證明，備有一層具有這種結構的發光材料的X射線圖象增強管，效果是令人滿意的，但由於要求日愈提高，特別是關於管子解析度的要求，需要為此而使所說結構最佳化。實際上，這是指在該層裡要實現更多的裂紋。
本發明的目的是要滿足這些要求，為此目的，本文頭一段所述方法的特徵在於，發光材料層大體上是以和垂直於支座的法線成偏轉角度0°澱積在支座上。
由於實際上發光材料是以和垂直於支座的法線成一角度來澱積，所得的極細CsI柱狀結構通過該層伸展，此柱狀物具有由幾微米至幾十微米的橫截面，或者也可以說成具有的裂紋數，對於1微米的橫截面，是10，000線/釐米，而對於50微米的橫截面，是200線/釐米。通過建立有平均橫截面的柱狀物，使層的結構適用於所需的解析度。平均橫截面是屏幕上像素尺寸的實際粒度的量度。實際粒度是每個像素直徑有約5和20個柱狀物，以便形成的像有可接受的邊緣解析度。柱狀之間的間隔最好在約0.25微米以上，因為較少的數值會使光的分離變壞，但又不超過2微米，因為這會減低層的阻止能力。
在某一最佳實施例中，入射角(要把它理解為澱積材料的方向與垂直於屏幕的中心線之間的夾角)約在30°之上。發光層最好用汽相澱積來得到，例如從加熱充滿發光材料的坩堝澱積。將汽相澱積坩堝和支座彼此相互旋轉，汽相澱積坩堝最好在錐形表面上相對於支座的中心作運動，以促進汽相澱積層的均勻性。在汽相澱積發光層期間，進行幾次旋轉是有好處的。
根據本發明所製得的X射線圖象增強管，其特點在於發光材料層具有柱狀結構，柱狀物的平均橫向尺寸最大約25微米，並互相被平均寬度約為0.5微米和幾微米之間的間隙所分開，與此同時，最多只有少量具有超過約50微米的橫向尺寸的柱狀物出現，而且也只有少數具有寬度比幾微米大得多的間隙出現。為了清楚起見，此後指定柱狀物之間的空間為間隙，在這情況下，應注意與根據先有技術所說的裂紋相應間隙類型意義是不明確的。該間隙常常是由大多數以細長形的系列氣泡形式形成的，幸好細長氣泡的縱向以系列的方向伸展。在諸氣泡之間，柱狀物可以彼此接觸，但這隻提供比較小的光接觸，以縱方向測量，氣泡大部分顯著地佔據了超過90%的系列長度，與此同時，如果不採取進一步的辦法，氣泡間的節點也不會形成良好的光接觸;這種情況是相當不利的。根據本發明的在某一角度的汽相澱積表現出對氣泡的形成有有利的影響。這樣得到的間隙或多或少代表了裂紋間的中間結構，和例如汽相澱積柱狀物之間的間隔，這些柱狀物主要是分開的晶體。
一種很適用於獲得高解析度的屏幕結構可以用根據本發明的汽相澱積法加以實現，此法開始時基底溫度約20℃，然後用適當迭擇的澱積率和從屏幕的熱輸出，使基底達到要實現的不超過約200℃的最高溫度。
參考附圖，更全面地敘述根據本發明的幾個最佳實施例。附圖中圖1是根據本發明的X射線圖象增強管，圖2是實現根據本發明方法的圖示裝置，以及圖3是按先有技術和按本發明的發光層照相的平面圖的比較。
圖1是根據本發明的裝配在機殼裡的X射線增強管，機殼有一個入射窗2，一個出射窗4和一個殼層6，圖中有一個入射屏幕8，一個出射屏幕10，一個電子光電系統12，電子光電系統12有一個第一電極14，一個第二電極16和一個端部電極18。這裡的入射屏幕8是作為分開的屏幕裝在管裡的，但也可以直接裝在入射窗上，入射屏幕包括一個支座或基底20，基底20由例如一厚0.5微米的鋁箔組成，其上有一發光層22，發光層最好由CsI(Na)或CsI(Ti)組成，其上根據具體情況可經由一分離層(未示出)裝有一光陰極24。入射在入射窗上的X射線圖線25在發光層被轉換成光電圖象，其結果是在光陰極裡產生一光電子圖象26，它是在強烈加速光電子的同時由電子光電系統;成象在出射屏幕上的，並被轉換成可以從管外觀察的光電圖象28。
為了滿意地操作和降低病人能忍受的劑量，希望發光層具有相當高的X射線吸收能力。不受發光屏幕捕獲的X射線無助於圖象的形成，但對病人則形成輻射負荷。所以，屏幕不得不做得相當厚，例如厚達200至400微米，舉例來說，300微米厚的屏幕無疑可以捕獲75%的X射線輻射，在正常汽相澱積的CsI層，是相當高度透明的，發光光線會強烈散開，特別會從澱積層入射側的發光中心處散開。選擇汽相澱積條件，可以改進這種情況，為達到這個目的，基底溫度，更詳細地說是開始汽相澱積時的基底溫度是特別重要的。該層橫截面被攝(最好用掃描電子顯微鏡)得的照片表明本結構是由柱狀晶體形成的，其縱方向基本上與層的厚度方向一致。由於有了這一結構，減低了發光光線的散開，但減低的程度不夠，因為各柱狀物之間的過渡 夠的光分離。這是由於中斷的寬度不夠，故平均說來，中斷寬度比約為0.5微米的發光光線的波長小得多。如果該層備有裂紋結構，如美國專利3，825，763號敘述那樣，就可獲得實質的改進。例如，用一適當的加熱方法，每次有若干數目的柱狀物聯合起來形成在內部沒有明顯光分離壁的柱狀物，但在柱列間有明顯有效的光分離壁。裂紋結構的細度可以相當大地受熱處理本質的影響，根據具體情況，決定是否要在基底的表面提供一種結構，為此目的的各種方法是眾所周知的。
在製造一種根據本發明的X射線增強管的入射屏幕期間，開始的材料可以是一種並非有意造成的結構支座。圖2非常示意地說明一種為執行根據本發明的汽相澱積法的裝置。在待抽空的空間30中，安裝有支座或基座34和一個含有發光材料並包括一加熱元件38的汽相澱積坩堝36，以便在此時圍繞軸32旋轉。支座34經由一導通構件40可以圍繞軸32旋轉。作為一種替代方法，汽相澱積坩堝36也可以經由託架44及一導通構件46而圍繞軸32旋轉。軸32最好垂直於基底並和中心線重合，它此時是一個具有一球心50的球截體。對於一個垂直於這樣一種支座的至少一個中央點0上的汽相澱積來說，汽相澱積坩堝狀安排在線32上，而對於一個垂直於整個屏幕的汽相澱積來說，汽相澱積坩堝將安排在點50處。
在根據本發明的汽相澱積過程中，汽相澱積坩堝安排在軸32旁邊。如圖示的汽相澱積坩堝36的位置，結果得到0°的汽相澱積角度，下標0用來表示這角是施加在在屏幕的中心點0上。從圖已明顯看出入射角隨支座上的位置變化。旋轉時，汽相澱積以一個變化的角度發生在整個支座上。然而，嚴格地說，應該認為除了中心點0外，有兩個汽相澱積角度是要關注的，也就是說傾角，即旋轉時對中心點0是不變的局部主直線的角，以及方位角，它在每一轉的360°上對於中心點0是變化的角。
在整個發光層的汽相澱積期間，支座最好作若干次，例如幾十次至幾次的旋轉。
汽相澱積坩堝於是可以恆佔有一固定的位置，但通過使汽相澱積坩堝例如經託架44完成一圓周旋轉，也可以實現相對的運動。汽相澱積坩堝與點0之間的連線52與中心法線32的構成汽相澱積角θ°。只要坩堝還保留在線48上的位置，即使支座所有保留點的汽相澱積角變化了，仍然要關注汽相澱積角θ°。一個有利的汽相澱積角θ°，舉例來說可是45°，但這也依賴於其它的汽相澱積參數，例如支座的溫度、旋轉的速度以及汽相澱積的速度。
基底溫度最好是從室溫開始，並以一已知的基底熱流動來適配澱積率，以使屏幕溫度不超過200℃左右。如果安排適當，可以順序地以多個坩堝實現汽相澱積。汽相澱積坩堝的高度，舉例來說是從與穿過支座中心點50的軸線32成直角的平面54來量度的，此高度對支座中心外的汽相澱積角，尤其是對支座和汽相澱積坩堝之間的局部距離有決定性的作用。故以恆定的汽相澱積角，也能影響屏幕上發光層的厚度變化。從不同觀點來看，可以從而決定汽相澱積坩堝相對於屏幕的最佳位置，而至於對比的最佳位置，支座在汽相澱積期間還可以相對於汽相澱積坩堝作進一步的傾斜。因而可使，舉例來說，坩堝和屏幕邊緣點A和B之間的距離彼此恆相等。汽相澱積角θ°於是變化，但如果最佳入射角的標稱值足夠大的話，它不是很精確的，以致某些變化無疑是允許的，甚至可能是有利的。事實上，也不排除汽相澱積期間汽相澱積角的變化至少在發光層結構的最佳化擔當起部分的責任。這個推測受到支持的事實是，儘管在測量整個屏幕的汽相澱積角的值有相當大的差異，仍然可以得到具有令人滿意的均勻結構的發光層，這在這裡是重要的。
從上所述，雖然，不同的參數會影響層的結構;很明顯，工藝的邊緣條件也在汽相澱積中起作用。因為汽相澱積角的值(如它足夠大的話)是不很精確的，對於支座的不同幾何形狀和相對於層厚的不同要求及其在屏幕上的變化，仍然總是可以找到滿意的折衷方案。根據本發明的應用技術的另一好處是，從整體上看，可以在單一的操作過程中加以應用，結果，也可避免厚度方向上的小的中斷。如果汽相澱積角變得相當小，結構就非常接近已知屏幕的結構;反之，如角度變得相當大，CsI柱列的位置彼此離得很遠，例如屏幕的填充率，從而X射線的吸收也就減少。此外，就較大角度的汽相澱積而論，可能會有更加實際的本質困難，例如CsI的低效使用。
對於特殊情況，例如需要很高的解析度的場合，可以利用一種柱列實質上是分開的結構。於是可以完全避免串光現象。原則上可以用一種吸收X射線輻射的非發光材料來填充間隙。
假使幾何圖形不允許有對於相對位置等的可接受的折衷方案，就可以用例如火焰噴塗或等離子體噴塗發光材料求得解決方法。用比較小的噴咀，可以有效地掃描支座(彼此作用相對運動)而至支座的距離可以在廣闊的限制值內自由地加以選擇，例如傾斜噴咀，就可以局部地調整所需的角。進一步的生產過程可以是有效地使用大部分的發光材料。必須考慮的是，在火焰或等離子體噴塗時，諸如支座的溫度，澱積的速率，澱積時材料的本質等等留下來的條件，必須不大偏離汽相澱積時所用的值，否則，可能得不到一具有所需的柱狀結構的層。
為比較公知結構層和根據本發明的試驗層，圖3展示了用掃描電子顯微鏡所攝得的這兩者的照片，兩者都是平面圖，即從遠離支座的方向觀察到的平面圖，圖3a中所示的公知層清楚地展示了(特別參見照片1)相當寬的裂紋60，並由此(如從圖3a3所顯現的)也展示了相當大的空腔62。圖3b示出按本發明生產得的層，如圖3b1所顯現，它具有寬度很小的裂紋64，圖3b3顯示了其相當小的空腔66。採用最佳的全部應用技術，寬度超過，例如0.5至1微米的裂紋顯然可以完全避免。圖3b1和3b2清楚地展示極有規則的結構，又由於沒有寬的間隙或空腔(它們發生在公知的層中)而有相當大的填充率。由於改進了結構，如果需要的話，可以將層做得相當厚，例如400至500微米，而不喪失解析度。規則的結構允許在層上提供更連續的、帶或不帶中間附加層的光陰極。結果，這部分層可以做到沒有寬間隙或空腔的粗糙結構的最優化層，從而導致嚴格的限定。
權利要求
1.一種製造X射線圖象增強管的方法，該管包括一個射屏幕，入射屏幕有一層發光材料及一個光陰極，它們一起被裝在支座上，其特徵在於，該層發光材料是以一個與支座的局部法線偏移大體上為0°的條件下澱積的。
2.如權利要求
1所要求的方法，其特徵在於，該發光層是用汽相澱積法以與垂直於屏幕的中央直線約40-50°的角度澱積。
3.如權利要求
1或2中所要求的方法，其特徵在於，在施加發光層的過程中，支座相對於發光材料源繞垂直於支座的中心線轉動。
4.如權利要求
3所要求的方法，其特徵在於，在施加發光層的過程中，支座至少完成幾十次的旋轉。
5.如前述權利要求
中任一個所要求的方法，其特徵在於，發光材料源完成圍繞垂直於支座的中央線的圓運動。
6.如前述權利要求
中任一個所要求的方法，其特徵在於，在施加發光材料過程中，支座完成相對於發光材料源的傾斜運動。
7.如前述權利要求
中任一個所要求的方法，其特徵在於發光材料是從掃描支座相關側面的材料源施加出去的。
8.如權利要求
6中所要求的方法，其特徵在於，供應源是由火焰或等離子體噴塗發光材料的噴塗裝置組成的。
9.一種X射線圖象增強管，包括一入射屏幕，入射屏幕裝在機殼裡，並有一層發光材料和一個光陰極，其特徵在於，該層發光材料具有一柱狀結構，其柱列有一最大約25微米的平均橫向尺寸，柱狀物由寬度大體上在約0.5微米和3微米之間的間隔分開，同時，也至少有小數量橫向尺寸相當大的柱列出現。
10.如權利要求
9中所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，起碼基本上所有的柱狀物有一比10微米小的橫向尺寸。
11.如權利要求
9或10中所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，柱列在光學上被具有平均寬度為0.5微米的間隔分離。
12.如權利要求
9、10、或11中任一個所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，至少有部分的間隔是由一系列以直角方向向著支座的氣泡所形成的。
13.如權利要求
9至12中任一個所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，發光層至少在其厚度尺寸的主要部分有汽相澱積的柱狀物，所有柱狀物基本上是被光分離的。
14.如權利要求
9至12中任一個所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，支座是一個要裝進機殼的金屬箔，並且對X射線輻射是透明的。
15.如權利要求
10至14中任一個所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，發光層的支座是由管的輻射入射窗組成的。
16.如權利要求
15所要求的X射線圖象增強管，其特徵在於，對發光層起支撐作用的入射窗由金屬箔所組成。
專利摘要
在X射線增強管中，一入射屏幕是將發光材料澱積在一個與屏幕垂直線成0°的角度形成的。屏幕的結構可使發光光線的光傳導最佳化。故在所得的X射線圖象增強管中有高的解析度和高的X射線吸收，大大減少病人可忍受的劑量。
文檔編號H01J29/10GK86106387SQ86106387
公開日1987年3月18日 申請日期1986年9月17日
發明者馬蒂納斯·艾德裡安·納斯·科尼利厄斯·利格坦伯格, 奧格諾特·倫納德·赫爾曼·西蒙斯 申請人:菲利蒲光燈製造公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan