(57)【要約】  本開示は、電磁放射線、特にＸ線放射線の選択透過のための格子であり、本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて作られた少なくとも１つの構造要素を持つ格子に関する。本開示は、本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて少なくとも構造要素を成長させるステップを有する、電磁放射線の選択透過のための格子を製造する方法も開示している。選択的レーザー焼結により作られた構造要素を持つ場合、前記格子は、射出形成又はフライス削り技術では実現不可能である非常に複雑な３Ｄ構造体とすることができる。前記格子のある実施例において、前記焼結した構造体は、金属板にある穴を介し嵌合している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて作られた少なくとも１つの構造要素を有する、電磁放射線の選択透過のための格子。
【請求項２】
前記格子の構造要素は金属板により形成され、前記焼結した要素は２枚の前記金属板の間を少なくとも延在している請求項１に記載の格子。
【請求項３】
前記金属板は、前記焼結した要素が延在するのに通る穴を持つ請求項２に記載の格子。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の格子数個から組み立てられる格子配列。
【請求項５】
請求項１、２若しくは３に記載の格子、又は請求項４に記載の格子配列を持つ医用画像装置。
【請求項６】
本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて少なくとも構造要素を成長させるステップを有する電磁放射線の選択透過のための格子を製造する方法。
【請求項７】
前記構造要素がその上で成長する金属板を位置決めする追加のステップを有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記焼結ステップは、配向構造体の生成を含む請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
金属板を位置決めする前記ステップ及び前記焼結ステップは繰り返され、最後のステップは、焼結ステップ又は金属板を位置決めするステップのどちらか一方である請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置を通過する電磁放射線の構成に選択的に影響を及ぼす装置の分野に関する、特に電磁放射線の線源と放射線高感受性検出装置との間に位置付けられる格子状の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線の選択透過のための格子は、例えばＣＴスキャナ及びＳＰＥＣＴ装置又はＰＥＴスキャナのような医用画像装置から特に知られている。他の装置、例えば非破壊Ｘ線検査装置が前記格子を使用することもある。このような格子は、（ＣＴスキャナではＸ線源、ＳＰＥＣＴ／ＰＥＴでは患者に注入される放射性同位体が放射線源を形成する）放射線源と、放射線高感受性検出装置との間に位置付けられ、前記放射線検出装置に当たる必要の無い、ある種の放射線の含有量を選択的に減少させるために使用され、この減少は通常吸収により達成される。ＣＴスキャナにおいて、前記格子は、従来知られるように、散乱放射線が測定される場合、医用画像の質が悪化するので、照射される物体に発生する散乱放射線の量を減少させるために使用される。最近のＣＴスキャナはしばしばコーンビーム形状を利用する、故に大量の物体を照射するので、散乱放射線の量が散乱していない一次放射線を持つ医用情報の量をしばしば上回る（例えば、散乱放射線が簡単に全放射線強度の９０％又はそれより上に達する）。故に、散乱放射線を効率良く減少させる格子に対する強い要望がある。この要望をかなえる格子は、二次元の放射線吸収構造を持つ格子、いわゆる二次元の散乱線除去格子（２ＤＡＳＧ）である。このような２ＤＡＳＧは、前記格子を透過することが可能である一次放射線を放出する放射線源の焦点に集束される透過チャンネルを持つ必要があるので、このような格子を製造するのに莫大なコストと時間の消費を要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
米国特許番号5,814,235号は、集束した透過チャンネルを持つ２ＤＡＳＧは、僅かに異なる形状の金属箔の配向された層状化により形成可能である。このような格子を製造するために、様々な構造化された金属板は、例えばリソグラフィ技術により作られる必要があり、次いで、前記金属板が正しい順序で組み立てられる必要があり、最後にこれらが互いに固定される必要がある。これは明らかに時間及び費用がかかる製造工程である。
【０００４】
従って、効率的な選択的放射線透過のための格子及びこのような格子を効率的な方法で製造する方法を持つことが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これら問題の１つ以上をうまく対処するために、本発明の第１の態様において、粉体材料、特に本質的に放射線を通さない材料の粉体から選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）を用いて組み立てられた少なくとも１つの構造要素を有する電磁放射線の選択透過のための格子が示される。その上、この構造要素は完全な格子を含んでいる。
【０００６】
格子、特に集束したチャンネルを持つ二次元格子は、空間的にかなり複雑な構造を必要とする。これらチャンネルは、例えば矩形又は六角形の内面形状を持ち、この形状は異なる角部分を持つチャンネル壁を必要とする。上記構造は、例えば金属箔を単に噛み合わせることでは製造できない。前記格子の少なくとも１つの構造要素はそれ故に、選択的レーザー焼結技法により本質的に放射線を通さない粉体材料から作られる場合に有益である。格子は様々な放射エネルギーに対し用いられるので、前記粉体材料は本質的に放射線を通さないと考えられるかは、アプリケーション及び構造体の寸法（例えば放射線吸収チャンネル壁の厚さ）に依存する。マンモグラフィ(mammography)の応用において、約２０ｋｅＶのＸ線エネルギーが使用される。これらエネルギーにとって、銅（Ｃｕ）は本質的に放射線を通さないと考えられることができ、これは壁の厚さ（例えば２０μｍ）、チャンネルの高さ（例えば２ｍｍ）等のような一定の幾何学的パラメタの必要条件を満たす格子の壁は、選択的に吸収される放射線の種類を吸収するので、放射線検出の品質パラメタの顕著な改善が生じる。品質パラメタは、散乱放射線対一次放射線比（ＳＰＲ）、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）等でもよい。
【０００７】
例えば１２０ｋｅＶの範囲におけるＣＴの応用において、モリブデン（Ｍｏ）又は他の耐火性材料（例えばタングステン）が本質的に放射線を通さないと考えられるが、銅又はチタニウムのような他の材料も同様に、その構造体が適当な厚さで作られる場合、本質的に放射線を通さない。結果として、前記材料の粉体は、結果生じる格子が満足な選択的放射線透過特性を持つ場合、放射線を通さないと見なされる。明らかに、純粋なプラスチック材料は、医療関連のＸ線エネルギーの全ての範囲に対し放射線透過であると考えられ、放射線検出の品質パラメタの改善は殆ど気付かない。しかしながら、金属の粉体が充填されたプラスチックは、（前記粉体の含有量が十分に高い場合）放射線を通さないと考えられる。焼結した構造体は放射線を通さない材料から直接作られるので、必要とされる放射線吸収特性は、この焼結した構造体に固有である。米国特許番号6,980,629号から知られるような、レーザー焼結したプラスチック構造体に比べ、如何なる追加の被覆ステップも必要とされない。
【０００８】
本発明の他の実施例において、構造要素は、金属板から形成され、少なくともこれら２枚の金属板の間に焼結した要素が延在している。例えば、矩形のチャンネルを持つ２ＤＡＳＧにおいて、第１の方向におけるチャンネル壁は、（例えば耐火性金属のような放射線を通さない材料から同様に作られる）平坦な金属板により形成されることができる。第２の方向におけるチャンネル壁は、前記金属板の間を適当な方向に延在する選択的レーザー焼結する構造体により追加されるため、集束したチャンネルが生じる。この記述の文脈において、金属板は面を延在する平坦な金属板を含むだけでなく、例えば加圧、穿孔、スタンピング、深絞り、フライス削り(milling)、浸食、エッチング等により行われる事前に作られた金属板を含むべきである。
【０００９】
本発明のさらに他の実施例において、前記金属板は穴を持ち、この穴を通り焼結した構造体が延在している。これは、焼結した構造体が単に金属板の面に付着することを必要とするだけでは無いので、格子の構造的完全性に対し有益である。
【００１０】
本発明は、本発明による格子から組み立てられる格子配列にも関し、このような格子は特に、異なる幾何学的特性を持つことができる。構造体の選択的レーザー焼結が大きな設計の自由度を可能にしたとしても、それにも関わらず、ある最大寸法、及び格子の延長部分にわたりあまり強く変化しない所与の形状を持つ格子を製造するのに効果的である。様々な格子が並列に、行列状に又は重なり合って組み立てられる格子配列において、異なる形状の格子は、全体的な格子性能を達成するために互いに補完することができる。例えば、ＣＴスキャナにおいて、最大の相対的散乱放射線の含有量は、物体が通常最も厚く、一次放射線が最も減少するＸ線ビームの中心領域に生じるので、中心には高い格子、縁部には低い格子を持つことがコスト効率がよい。
【００１１】
本発明の他の態様において、本発明による格子又は格子配列が含まれる医用画像装置が示される。本発明による格子の恩恵を受ける医用画像装置は、例えばマンモグラフィを含むＸ線装置、ＣＴスキャナ、ＳＰＥＣＴ装置及びＰＥＴスキャナを有する。
【００１２】
上述した問題の１つ以上を上手く対処するために、本発明の他の態様において、電磁放射線の選択透過のための格子を製造する方法が提供される。この方法は、選択的レーザー焼結を用いて、粉体材料、特に本質的に放射線を通さない材料の粉体から少なくとも構造要素を成長させるステップを有する。この構造要素も同様に完全な格子を含んでいる。選択的レーザー焼結が大きな設計の自由度を可能にするので、選択的レーザー焼結により格子全体を作るのに効率的である。
【００１３】
本発明による方法の他の実施例において、前記方法は、前記構造要素がその上で成長する金属板を位置決めする追加のステップを有する。上述したように、格子に関しては平面に延在する構造体が存在してもよい、つまり平坦な金属板が上記構造体を実現することができる。事前成形された金属板がより複雑な構造体を形成することも可能である。これは、前記焼結ステップが前記金属板により形成される構造体の形成を含む必要はないので、さらに早い且つ安価な格子の製造を可能にする。
【００１４】
本発明による方法のもう１つの実施例において、前記焼結ステップは配向構造体を生じさせるステップを含んでいる。配向構造体は、格子をこの格子が組み込まれる装置の他の要素と位置合わせするために用いられることができ、例えば、透過チャンネルが単一の検出要素（検出器ピクセル）と幾何学的に一致するように若しくはモアレ効果が回避されるように、格子は放射線検出装置と位置合わせされる。配向構造体はさらに、前記焼結した構造体上に金属板を位置決めするためにも使用されることができる。金属板の正確な位置決めを目的とするために、前記金属板は、焼結した配向構造体と噛み合う穴又は空隙を持つことができる。
【００１５】
本発明による方法のさらに他の実施例において、金属板を位置決めするステップ及び焼結ステップは繰り返され、最後のステップは焼結ステップか又は金属板を位置決めするステップのどちらか一方である。複雑な構造の格子を製造するために、幾つかの金属板が使用されることができる。新しい金属板が位置決めされる前に、（例えば、次の金属板の正確な位置決めを目的とするために、配向構造体を用いて）追加の焼結した構造体が形成される。
【００１６】
要約すると、本開示は、電磁放射線、特にＸ線放射線の選択透過のための格子であり、本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて作られた少なくとも１つの構造要素を持つ格子に関する。本開示は、本質的に放射線を通さない粉体材料から選択的レーザー焼結を用いて少なくとも構造要素を成長させるステップを有する、電磁放射線の選択透過のための格子を製造する方法も開示している。選択的レーザー焼結により作られた構造要素を持つ場合、前記格子は、射出形成又はフライス削り技術では実現不可能である非常に複雑な３Ｄ構造体とすることができる。前記格子のある実施例において、前記焼結した構造体は、金属板にある穴を介し嵌合している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれら及び他の態様は、添付図面を参照している例示的な実施例の詳細な説明から明らかであり、さらにこれにより説明される。
【００１８】
米国特許番号6,980,629号において、その後Ｘ線を通さない材料で被覆される構造材料の層ごとの固化により放射線透過なベース本体を製造するために、ラピッドプロトタイピング技術を使用することが開示されている。この技術は、格子の吸収効率及び被覆ステップの必要性に寄与しない透過性の壁が形成される欠点を有する。
【００１９】
米国特許番号6,363,136号において、くし型構造の要素及び金属板を共に組み立てることにより２ＤＡＳＧを製造することが開示されている。これは、例えばフライス削り、高圧焼結又は射出形成により前記くし型構造体を製造するステップも必要とし、さらに、大量の格子要素、すなわちくし又は二重くし及び金属板を組み立てるステップも必要とする。
【００２０】
選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）は以前から知られている。ＳＬＳにおいて、粉体材料は適切なエネルギーの精密なレーザービームを用いて一緒に焼結される。作られる物体は層ごとに焼結され、結果生じる物体はその後、分体材料の次の層が既に焼結した構造体の上に焼結されるように前記粉体材料内に浸漬される。このようにして、例えば空隙、凸状及び凹状の構造要素の組み合わせ等を持つような、かなり複雑な三次元構造体が形成される。
【００２１】
２ＤＡＳＧを製造するための技術が幾つか提案されたとしても、これまでのところレーザー焼結は考えられていない。米国特許番号6,363,136号において、高圧及び高温を用いた従来の焼結技術により２ＤＡＳＧを組み立てるために使用されるくし状の構造体を製造することが提案されているが、これは焼結処理中に収縮を引き起こし、従来の焼結は、実際の焼結ステップの前に事前に形成する消極的となる構造体に限定される欠点を持つ。ここで、金属の粉体材料の選択的レーザー焼結を使用して、選択的放射線透過、特に２ＤＡＳＧのための格子を製造することが始めて提案される。
【００２２】
選択的レーザー焼結は、高強度レーザービームを用いて一番上の粉体層を選択的に照射することにより、例えばモリブデンの粉体から精細な構造体を生成させることを可能にする。前記金属の粉体の粒子の寸法は、必要とされる構造体の寸法及び表面の粗さに従って選択されることができる。例えばＣＴの格子にとって一般的な構造体の寸法（チャンネル壁の厚さ）は、約５０−３００μｍであり、故に粒子の寸法は約１−１０μｍで十分である（通常、金属の粉末は粒子の寸法のガウス分布又は類似の分布を備える、つまり存在する寸法が大きすぎるので一定の壁の滑らかさを保証できない粒子が多すぎる場合、これら大きい直径の粒子は例えばふるいにより分けられる）。ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ装置にとって、一般的な構造体の寸法（チャンネル壁の厚さ）は、約２００−１０００μｍであるので、粒子の寸法は約５−５０μｍで十分である。いつものＸ線アプリケーションにとって、一般的な構造体の寸法は、約１０−５０μｍであるので、粒子の寸法は約０．１−５μｍで十分である。上記数字は単なる例であり、本発明の範囲を制限するとは理解されない。
【００２３】
ある例示的な実施例において、前記２ＤＡＳＧは、ＳＬＳにより完璧に作られる。これは、設計の大きな自由度を可能にする。例えば、前記チャンネル壁は、放射線検出装置に最も近くに位置決めされる格子の底部はより厚く、放射線源を向いている前記格子の頂部はより細く作ることが可能である。前記格子の表面は、例えば球形形状のように湾曲させることも可能である。このような設計の自由度は他の技術からは知られていない。
【００２４】
本発明による格子を製造する方法の他の例示的な実施例は、図１−３を参照して説明される。第１のステップにおいて、（例えばモリブデン又はタングステンから作られる）金属板がＳＬＳ装置の作業室内に位置決めされる。レーザービームの位置に対する正確な位置決めは、以前のシステムの較正により達成される。金属板は、例えば固定するために前記作業室において可逆的に接着される。金属粉体の層が前記金属板上に配された後、ＳＬＳが使用され、焼結した構造体の第１の層を焼結する。この第１の層が完成した後、次の金属粉体の層は前記金属板と焼結した構造体との上に配される。これは、前記作業室の僅かな傾斜と組み合わされるので、焼結された次の層は、前記金属板に対し所与の角部分を持つ。
【００２５】
図１は、金属粉体の層の幾つかが焼結された後に生じるくし状の格子構造を左側に示す。図１の右側には、図１の左側に円で示されるようなくし状の構造の一部の拡大図Ｍ１が示される。このくし状の構造は、金属板３、特にモリブデン板により形成されるベースを持つ。このくし状の構造の拡大図Ｍ１に、配向構造体４が描かれている。
【００２６】
図２は、図１の右側に示されたが、追加の金属板３が前記焼結した構造体２の上に位置決めされた後の拡大部Ｍ２を示す。金属板３は、この金属板を正確に位置決めするのに使用される穴５を持つ。図１に示されるような配向構造体４が前記金属板の穴５に嵌合し、これが正確な位置決めを可能にする。格子の他の例示的な実施例において、例えば前記チャンネルが前記検出器の検出要素と幾何学的に一致するように、前記格子を放射線感受性検出器に正確に位置決めするための外部の位置基準に用いられる配向構造体４が形成される。
【００２７】
図３は、焼結した構造体２を生成する追加のステップの後の二階建てのくし状の構造の拡大部Ｍ３を示す。前記焼結した構造体２は再び配向構造体４を持つので、より大きな寸法の格子が金属板３を位置決め、構造体２をこの金属板３に焼結するステップを連続して繰り返すことにより製造されることができる。最後のステップが金属板を位置決めるステップであるか、又は構造体を焼結するステップであるかは、最後の格子の詳細設計に依存している。金属板を前記焼結した構造体にしっかり接続するためにレーザー溶接が使用されることができる。
【００２８】
説明したステップの連続する繰り返しにより生じる最終的な格子は、例えば米国特許番号6,363,136号に記載されたようにフレーム構造により支えられる必要はなく、自立している。
【００２９】
論じられた製造工程は、単なる例であり、如何なる設計の制約を課すものではない。本発明の方法は、当業者には明らかである如何なる他の格子形状を生成させるのに使用されることができる。特に、前記金属板が格子の原寸にわたり延在する必要も無いし、前記焼結した構造体が金属板の全長にわたり延在する必要も無い。平坦な金属板の代わりに事前に形成された金属板を使用することも可能である。
【００３０】
本発明による格子１の他の例示的な実施例が図４の左半分に示されている。図４の右半分には、左側に四角で示されるような格子１の一部の細部の拡大図Ｄが示される。この実施例において、前記格子は、金属板３、３'及び図１−３を参照して説明した方法で製造された焼結した構造体２、２'から成るが、これら焼結した構造体２、２'は、前記金属板３、３'の全長にわたり延在せず、かなり短い。さらに、格子１の右側において、金属板３'が格子を終わらせ、格子１の左側において、焼結された構造体２'が少なくとも約半分の高さで格子を終わらせるのに対し、（共に図４において見ることができる）残りの２つの側面において、開いたチャンネルが金属板３及び焼結した構造体２により形成される。これが行列状の格子１の定期的な配列を可能にする。前記格子１が、夫々２０ｍｍの幅ｗ及び深さｄ（並びに金属板が４０ｍｍ及び焼結した構造体が２０ｍｍの高さｈ）を持つ場合、１０００ｍｍ×２００ｍｍの検出器は、１００×２０の格子の行列配列により覆われることができる。
【００３１】
図５は、異なる設計パラメタを持つ格子１の例示的な線形の格子配列１０を示す。この格子配列１０において、最も左にある格子１が最も高い格子であり、最も右にある格子は最も低い格子である。示される４つの格子の格子配列は高さが異なっている。さらに行列状の格子配列が様々な高さの格子から形成されることも当業者には明らかである。このようにして、前記格子ごとに減少する必要がある予想される散乱放射線の量に依存して、中央の格子が最も高く、縁にある格子が最も低い格子配列が形成されることができる。低い格子は高い格子よりも明らかに安価であるため、このような格子配列は低コストの格子配列を提供する。格子の高さを単に変更する代わりに、湾曲した上面を持つ格子を配することも可能であるため、（凸状又は凹状の）球面を持つ全体的な格子配列が形成される。同様に、これら格子が他の設計パラメタに対して変更することができる、例えば中央の格子が両方向に同じ高さを持つチャンネル壁を持つことができるのに対し、縁の格子は一方向だけ他の方向よりも高くなっているチャンネル壁を持つことができる。他の設計パラメタは、壁の厚さ、材料、格子の幅、格子の深さ、チャンネルの大きさ、チャンネルの形状等を含んでいる。当業者には明白であるこれら及び他の設計パラメタの変更も無論組み合わされることができる。
【００３２】
医用画像装置２０の実施例が図６に示される。図６は、ＣＴスキャナの主な装備、すなわちＸ線源２２、放射線検出装置２１及び患者寝台２３を示す。このＣＴスキャナは従来知られるように、患者寝台２３上に置かれた物体（図示せず）の周りを回転し、放射線検出装置２１を用いて投影画像を取得する。照射した物体に発生した散乱放射線の量を減少させるために、本発明による格子又は格子配列が前記放射線検出装置２２で使用される。
【００３３】
本発明は、図面に描かれると共に、上記明細書に詳細に説明されているのに対し、前記描画及び説明は、実例又は例であると考えられるべきであり、制限しない。つまり、本発明は前記開示される実施例に限定されない。
【００３４】
開示した実施例に対する他の変形例は、請求項に記載される本発明を実施する際、当業者により、図面、明細書及び特許請求の範囲を検討した結果から理解及びもたらされることができる。請求項において、"有する"という用語は、それ以外の要素又はステップを排除するものではなく、複数での記載の無いことが、複数あることを排除するものではない。１つのユニットが請求項に挙げられた幾つかのアイテムの機能を実行してもよい。ある方法が相異する従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これら方法の組み合わせが有利に使用されることができないことを示しているのではない。請求項における如何なる参照符号も特許請求の範囲を制限するとは理解されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】配向構造体がその上に形成される、１つの基板及び幾つかの焼結したくし型構造を持つくし状の格子構造を示す。
【図２】図１のくし型の構造であるが、前記焼結した構造体に配される追加のシートを備えているくし型構造を示す。
【図３】追加の焼結した構造体を備える図２の構造を示す。
【図４】本発明による格子のある実施例を示す。
【図５】異なる形状特性を持つ様々な格子の格子配列を示す。
【図６】本発明による格子が使用される医用画像装置の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2009542299.tif 000009
2009542299.tif 000010