准直器制造方法、准直器及断层成像系统与流程 专利技术说明

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种准直器制造方法、准直器及断层成像系统。背景技术：2.多针孔准直器已广泛应用于临床和临床前单光子发射计算机断层扫描(single photon emission computed tomography，spect)系统。对于小动物、人脑、心脏、甲状腺、乳腺等相对较小的扫描对象，多针孔准直器是同时实现高灵敏度和高分辨率spect成像的主要手段。3.传统的多针孔准直器多采用机加工的方法生产，但是机加工的方法往往会导致加工的针孔的尺寸误差偏大，而且目前的多针孔准直器上的针孔设计方式、排布方式也越来越复杂，若仍然采用机加工的方法来加工，加工难度比较大。4.虽然目前一些厂商已经考虑采用金属3d打印技术来加工多针孔准直器，但是由于技术限制，通常是将多针孔准直器分成多个部分分别打印成型，而后将各个成型的部分装配起来形成最终的多针孔准直器。如此，必然会引入较大的装配误差，导致针孔的实际位置与设计的位置具有较大的偏差，如此会使spect系统的实际空间分辨率与设计的分辨率有出入，从而影响断层成像的质量。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种准直器制造方法、准直器及断层成像系统，以解决多针孔准直器的加工方式会引入较大的装配误差而影响断层成像的质量的问题。6.为解决上述技术问题，基于本发明的第一个方面，本发明提供一种准直器制造方法，其包括：7.利用计算机3d建模所述准直器的3d模型，所述3d模型包括筒状本体，且所述筒状本体具有沿径向贯穿侧壁的多个针孔；8.根据所述3d模型，利用选择性激光烧结法将所述准直器烧结成型。9.可选的，所述选择性激光烧结法采用的烧结材料为金属。10.可选的，所述针孔包括第一扩口段和第二扩口段，所述第一扩口段和所述第二扩口段沿所述筒状本体的径向向外依次连接，且所述第一扩口段的径向尺寸沿所述筒状本体的径向向外逐渐减小，所述第二扩口段的径向尺寸沿所述筒状本体的径向向外逐渐增大。11.可选的，所述第一扩口段横截面和所述第二扩口段的横截面中的至少一者呈圆形、椭圆形或多边形。12.可选的，所述3d模型还包括与所述针孔一一对应的多个延伸体，所述延伸体自所述筒状本体的径向向外凸出在所述筒状本体的外壁上，且所述延伸体和对应的所述针孔沿所述筒状本体的径向对准设置，所述针孔还延伸贯穿对应的所述延伸体。13.可选的，所述筒状本体包括多层筒状层，多层所述筒状层同心设置，且沿所述筒状本体的径向依次间隔排布；所述针孔依次贯穿多层所述筒状层。14.可选的，所述筒状本体包括至少一个端环，所述筒状本体沿轴向的至少一侧设有所述端环，所述端环用于连接各层所述筒状层。15.可选的，多个所述针孔沿所述筒状本体的周向围绕排布形成针孔环组件，所述3d模型包括沿所述筒状本体的轴向间隔排布的多个所述针孔环组件。16.基于本发明的第二个方面，本发明还提供一种准直器，其包括筒状本体，所述筒状本体包括一层或多层筒状层；至少一层所述筒状层上设置有多个针孔，且多个所述针孔采用3d打印一体成型的方式获得。17.基于本发明的第三个方面，本发明还提供一种断层成像系统，其包括：18.准直器，其包括筒状本体，所述筒状本体包括一层或多层筒状层；至少一层所述筒状层上设置有多个针孔，且多个所述针孔采用3d打印一体成型的方式获得；19.探测筒，其围设在所述准直器外；其中，所述探测筒包括多个探测器，所述探测器与所述针孔沿所述准直器的径向对准设置。20.综上所述，在本发明提供的准直器制造方法、准直器及断层成像系统中，准直器制造方法包括：利用计算机3d建模所述准直器的3d模型，所述3d模型包括筒状本体，且所述筒状本体具有沿径向贯穿侧壁的多个针孔；根据所述3d模型，利用选择性激光烧结法将所述准直器烧结成型。如上，通过3d建模和选择性激光烧结法可以将具有多个针孔的准直器一体烧结成型，相较于现有技术，本发明可极大降低装配误差，从而极大降低成型的准直器上的针孔的实际位置与设计的位置之间的偏差，使得断层成像系统的实际空间分辨率符合设计的分辨率，有利于保证断层成像的质量。附图说明21.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：22.图1a是准直器与探测器相配合的示意图；23.图1b是准直器与探测器相配合的另一示意图；24.图2是本发明一实施例的准直器制造方法的示意图；25.图3是本发明一实施例的准直器的3d模型的示意图；26.图4是本发明一实施例的准直器的3d模型的另一示意图；27.图5是本发明一实施例的针孔的示意图；28.图6是本发明一实施例的针孔的另一示意图。29.附图中：30.p-准直器；q-探测筒；fov-扫描区域；e-针孔；31.10-筒状本体；100-针孔；101-第一扩口段；102-第二扩口段；110-筒状层；20-延伸体。具体实施方式32.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。33.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。34.图1a是准直器与探测器配合的示意图，图1b是准直器与探测器配合的另一示意图，准直器p呈环形筒状(通常是多边形环，当然也可以是圆环)，准直器p沿周向均匀设有多个针孔e，多个针孔e的辐射范围的重叠部分称为扫描区域fov，扫描区域fov通常是多边形(优选为正多边形)，也可以是圆形。多个探测器围设在所述准直器外形成探测筒q，且探测筒q与所述准直器p同心排布，探测器与针孔e相对准。具体操作时，基于spect的成像原理，检查对象(检查对象可以是小动物，也可以是人体)首先摄入含有半衰期适当的放射性同位素药物，并将患者容置在准直器p的扫描区域fov内，在药物到达所需要成像的断层位置后，由于放射性衰变，将从断层处发出γ光子，探测器将接收穿过针孔且沿同一投影线进来的γ光子(即形成高能γ射线)，探测器通过闪烁体将接收到的高能γ射线转化为能量较低但数量较大的光信号，通过光电传感器将光信号转化为电信号并放大，得到的测量值代表检查对象在该投影线上的放射性之和，从而得到关于检查对象的断层图像数据。35.spect系统的空间分辨率很大程度上与下式相关：[0036][0037]其中，[0038]r表示spect系统的空间分辨率；[0039]m为spect系统的放大率，m＝l2/l1，l1表示针孔到探测器的距离，l2表示针孔到扫描区域的中心的距离；[0040]ri表示表示探测器的分辨率；[0041]d表示针孔的直径大小。[0042]结合上式并参阅图1和图2可知，当环形探测筒q的内径确定后(即l1与l2之和不变)，且针孔的直径d确定后，l1越大，l2越小，m就越小，r便越大。[0043]进一步，当准直器采用机加工的方法时，l2和d必然存在加工误差，导致spect系统的空间分辨率与设计的分辨率出入较大；若是将准直器分成多个部分分别打印成型，而后将各个成型的部分装配起来形成最终的多针孔准直器，必然也会引入较大的装配误差，导致针孔的实际位置与设计的位置具有较大的偏差，从而使l2和d与设计值偏差较大，最终导致spect系统的空间分辨率与设计的分辨率出入较大，进一步会影响spect系统的灵敏度、图像的均一性、图像质量等一系列指标。[0044]有鉴于此，本发明一实施例提供一种准直器制造方法、准直器及断层成像系统，以解决多针孔准直器的加工方式会引入较大的装配误差而影响断层成像的质量的问题。[0045]图2是本发明一实施例的准直器制造方法的示意图，图3是本发明一实施例的准直器的3d模型的示意图，如图2所示，本发明一实施例提供一种准直器制造方法，该方法包括：[0046]步骤一s1：利用计算机3d建模所述准直器的3d模型，参阅图3，所述3d模型包括筒状本体10，且所述筒状本体10具有多个针孔100，且针孔100沿筒状本体10的径向贯穿筒状本体10的侧壁。需说明的是，筒状本体10的横截面形状可以是圆形或多边形(比如正八边形)，本发明对此不限制。[0047]步骤二s2：根据所述3d模型，利用选择性激光烧结法将所述准直器烧结成型。可理解的，选择性激光烧结法(selective laser sintering，sls)通常是在一个充满氦气的情性气体加工室中作业。本实施例中，具体地，先将一层很薄的可熔性粉末沉积到成形桶的底板上，该底板可在成形桶内作上下垂直运动。然后计算机按照按3d模型的数据控制co2激光束的运动轨迹，对可熔粉末进行扫描融化，并调整激光束强度将预设层高范围内(比如范围为0.05mm-0.25mm)的粉末烧结后固化成型。这样，当激光束按照给定的路径扫描移动后就能将所经过区域的粉末进行烧结，从而生成准直器的原型的一个一个截面。sls每层烧结都是在前一层顶部进行，这样所烧结的当前层能够与前一层牢固的粘接。在准直器的原型烧结完成后，可用刷子或压缩空气将未烧结的粉末去除。[0048]如上的准直器制造方法，通过3d建模和选择性激光烧结法可以将具有多个针孔100的准直器一体烧结成型，相较于现有技术，本发明可极大地减少装配误差，从而极大降低成型的准直器上的针孔100的实际位置与设计的位置之间的偏差，从而使l2和d与设计值几乎不存在偏差，spect系统的空间分辨率符合设计的分辨率，有利于保证断层成像的质量。[0049]sls采用的可溶性粉末的材料通常包括尼龙、蜡、abs、树脂裹覆砂(覆膜砂)、聚碳酸脂(poly carbonates)、金属和陶瓷。本实施例中，所述选择性激光烧结法采用的烧结材料为金属，譬如钨。[0050]图4是本发明一实施例的准直器的3d模型的另一示意图。在一优选的实施例中，请参阅图4，所述筒状本体10包括多层筒状层110，各层筒状层110的径向尺寸各不相同，多层所述筒状层110同心设置，且沿所述筒状本体10的径向依次间隔(优选为等距间隔)排布；所述针孔100依次贯穿多层所述筒状层110。如此，在3d建模时将筒状本体10分为径向依次间隔排布的多层筒状层110，可节约sls过程中的烧结材料(即金属粉末)，节省成本、减轻成型后的准直器的重量。[0051]进一步，所述筒状本体10包括至少一个端环(未图示)，所述筒状本体10沿轴向的至少一侧设有所述端环，所述端环用于连接各层所述筒状层110。优选的，筒状本体10沿轴向的两侧均设有端环，以增加各层筒状层110之间的连接稳定性。[0052]图5是本发明一实施例的针孔100的示意图，图6是本发明一实施例的针孔100的另一示意图。参阅图5和图6，所述针孔100包括第一扩口段101和第二扩口段102，所述第一扩口段101和所述第二扩口段102沿所述筒状本体10的径向向外依次连接，且所述第一扩口段101的径向尺寸沿所述筒状本体10的径向向外逐渐减小，所述第二扩口段102的径向尺寸沿所述筒状本体10的径向向外逐渐增大。可理解的，这径向尺寸指的是针孔100沿径向的最大尺寸，针孔100的横截面为圆形时，指的是直径。[0053]进一步，所述第一扩口段101横截面和所述第二扩口段102的横截面中的至少一者呈圆形、椭圆形或多边形。应理解的，这里的横截面指的是针孔100沿自身的径向的截面。示例性的说明，第一扩口段101和第二扩口段102包括但不限于是圆台状与圆台状的组合、圆台状与椭圆台状的组合或圆台状与棱台状的组合。[0054]优选的，第一扩口段101的远端(第一扩口段101远离筒状本体10的中心的一端)的横截面和第二扩口段102的近端(第二扩口段102靠近筒状本体10的中心的一端)的横截面相同，且第一扩口段101的远端的径向尺寸与第二扩口段102的近端的径向尺寸相同，以使第一扩口段101和第二扩口段102匹配连接。比如第一扩口段101的远端和第二扩口段102的近端均为圆形，且直径相同。[0055]优选的，所述3d模型还包括与所述针孔100一一对应的多个延伸体20，所述延伸体20自所述筒状本体10的径向向外凸出在所述筒状本体10的外壁上，且所述延伸体20和对应的所述针孔100沿所述筒状本体10的径向对准设置，所述针孔100还延伸贯穿对应的所述延伸体20。如此设置，可以让针孔100呈突出状，从筒状本体10向外突出，准直器烧结成型后，有利于外部的探测器探测接收到质量较高的γ射线，保证射线投影形状的质量，从而获得质量更好的成像图像。[0056]通常的，多个针孔100按照预定的方式进行规律性地排布设置方式，否则会影响断层成像质量。在一实施例中，多个所述针孔100沿所述筒状本体10的周向围绕排布形成针孔环组件，所述针孔环组件呈环状，且针孔环组件中的多个针孔100优选为等距排布。进一步，所述3d模型包括沿所述筒状本体10的轴向间隔(均匀)排布的多个所述针孔环组件。[0057]本实施例还提供一种准直器，其包括筒状本体10，所述筒状本体10包括一层或多层筒状层110；至少一层所述筒状层110上设置有多个针孔100，且多个所述针孔100采用3d打印一体成型的方式获得，即通过3d建模和选择性激光烧结法一体成型筒状本体10以及设置的多个针孔100。需说明的是，准直器根据所述的3d模型烧结成型，准直器的具体结构形状可参阅3d模型的结构形状描述，这里不再展开说明。[0058]本实施例还提供一种断层成像系统，本实施例的断层成像系统比如是单光子发射计算机断层扫描(single photon emission computed tomography，spect)系统。进一步，断层成像系统包括准直器以及探测筒，准直器包括筒状本体10，所述筒状本体10包括一层或多层筒状层110；至少一层所述筒状层110上设置有多个针孔100，且多个所述针孔100采用3d打印一体成型的方式获得；探测筒围设在准直器外，优选为与准直器同心排布；其中，所述探测筒包括多个探测器，且探测器与针孔沿准直器(筒状本体)的径向对准设置。优选的，断层成像系统包括与所述准直器的针孔100一一对应的多个探测器，且所述探测器与对应的所述针孔100沿所述准直器的径向对准设置。[0059]此外，为了节省成本，可以将断层成像系统中的其他结构通过机加工的方式成型，而非3d打印方式成型。比如，用于将准直器固定到断层成像系统的机架的结构件可以采用机加工的方式成型。[0060]需说明的是，由于所述的断层成像系统包括所述的准直器，故所述的断层成像系统也具有所述的准直器带来的有益效果，对于断层成像工作原理和其他装置，本领域技术人员可根据现有技术获悉。比如，本实施例的断层成像系统还包括图像重构装置和计算机，图像重构器分别与探测器和计算机连接，用于获得断层扫描图像。[0061]综上所述，在本发明提供的准直器制造方法、准直器及断层成像系统中，准直器制造方法包括：利用计算机3d建模所述准直器的3d模型，所述3d模型包括筒状本体，且所述筒状本体具有沿径向贯穿侧壁的多个针孔；根据所述3d模型，利用选择性激光烧结法将所述准直器烧结成型。如上，通过3d建模和选择性激光烧结法可以将具有多个针孔的准直器一体烧结成型，相较于现有技术，本发明不存在可极大地降低装配误差，从而极大地降低成型的准直器上的针孔的实际位置与设计的位置之间的偏差，使得断层成像系统的实际空间分辨率符合设计的分辨率，有利于保证断层成像的质量。[0062]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。









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