一种x射线图象增强管的制造方法和制成的x射线图象增强管

本发明涉及一种制造具有一入射屏幕的X射线图象增强管的方法，该入射屏幕包括一层发光材料和一个光阴极，它们一起形成在支座上;本发明也涉及用本发明方法制造的X射线图象增强管。

这种方法是由美国（专利）3，821，763号而为大家所知的，其中所叙述的X射线图象增强管具有的发光层最好由CsI组成，并在此发光层中形成一种结构。一方面，由于汽相淀积参数，如基底的温度、汽相淀积的速度等参数适用于这个目的，故可在所述的CsI层中形成一种结构。另一方面，如同上述专利中所叙述的，可通过该层的热处理法形成一个附加结构。具有这种结构的层称为有裂纹的层。已经证明，备有一层具有这种结构的发光材料的X射线图象增强管，效果是令人满意的，但由于要求日愈提高，特别是关于管子分辨率的要求，需要为此而使所说结构最佳化。实际上，这是指在该层里要实现更多的裂纹。

本发明的目的是要满足这些要求，为此目的，本文头一段所述方法的特征在于，发光材料层以和支座的法线显著地偏移一个0°角度淀积在支座上。

由于实际上发光材料是和支座的法线成一角度来淀积的，所得的极细CsI柱状结构通过该层伸展，此柱状物具有由几微米至几十微米的横截面，或者也可以说成具有的裂纹出现率在10，000线条/厘米（对于1微米的横截面），和200线条/厘米（对于50微米的横截面）之间。通过建立有平均横截面的柱状物，使层的结构适用于所需的分辨率。平均 横截面是屏幕上象素尺寸的实际粒度的量度。实际粒度是每个象素直径有约5和20个柱状物，以便形成的图象有可接受的边缘分辨率。柱状物之间的间隔最好在约0.25微米以上，因为较少的数值会使光的分离变坏，但又不超过2微米，因为这会减低层的抑制能力。

在某一最佳实施例中，入射角（要把它理解为淀积材料的方向与屏幕的中心法线之间的夹角）约在30°之上。发光层的获得最好用汽相淀积法，例如从加热填充有发光材料的坩埚淀积发光层。将汽相淀积坩埚和支座彼此相互旋转，汽相淀积坩埚最好在锥形表面上相对于支座的中心作运动，以促进汽相淀积层的均匀性。在汽相淀积发光层期间，进行几次旋转是有好处的。

根据本发明所制得的X射线图象增强管，其特征在于发光材料层具有柱状结构，柱状物的平均横向尺寸最大约25微米，并互相被平均宽度约为0.5微米和几微米之间的间隙所分开，与此同时，最多只有少量具有超过约50微米的横向尺寸的柱状物出现，而且也只有少数具有宽度比几微米大得多的间隙出现。为了清楚起见，此后指定柱状物之间的空间为间隙，在这情况下，应注意与根据先有技术所说的裂纹相应的间隙类型不是明确指定的。该间隙常常是由大多数以细长形的系列气泡形式形成的，幸好细长气泡的纵向以系列的方向伸展。在诸气泡之间，柱状物可以彼此接触，但这只提供比较小的光接触，以纵方向测量，气泡大部分显著地占据了超过90%的系列长度，与此同时，如果不采取进一步的办法，气泡间的节点也不会形成良好的光接触;这种情况是相当不利的。根据本发明的在某一角度的汽相淀积表现出对气泡的形成有有利的影响。这样得到的间隙或多或少代表了裂纹间的中间结构，和例如汽相淀积柱状物之间的间隔，这些柱状物主要是分开的晶体。

一种很适用于获得高分辨率的屏幕结构可以用根据本发明的汽相淀积法加以实现，此法开始时基底温度约20℃，然后用适当选择的淀积率 和从屏幕的热输出，使基底达到要实现的不超过约200℃的最高温度。

参考附图以更全面地叙述根据本发明的几个最佳实施例。附图中：

图1是根据本发明的X射线图象增强管，

图2是实现根据本发明方法的图示装置，以及

图3是按先有技术和按本发明的发光层照相的平面图的比较。

图1是根据本发明的装配在机壳里的X射线增强管，机壳有一个入射窗2，一个出射窗4和一个壳层6，图中的X射线增强管有一个入射屏幕8，一个出射屏幕10，一个电子光电系统12，电子光电系统12有一个第一电极14，一个第二电极16和一个端部电极18。这里的入射屏幕8是作为分开的屏幕装在管里的，但也可以直接装在入射窗上，入射屏幕包括一个支座或基底20，基底20由例如一厚0.5微米的铝箔组成，其上有一发光层22，发光层最好由CsI    Na）或CsI（Ti）组成，其上根据具体情况可经由一分离层（示出）装有一光阴极24。入射在入射窗上的X射线图象25在发光层被转换成光电图象，其结果是在光阴极里产生一光电子图象26，它是在强烈加速光电子的同时由电子光电系统成象在出射屏幕上的，并被转换成可以从管外观察的光电图象28。

为了满意地操作和降低病人能忍受的剂量，希望发光层具有相当高的X射线吸收能力。不受发光屏幕捕获的X射线无助于图象的形成，但对病人则形成辐射负荷。所以，屏幕不得不做得相当厚，例如厚达200至400微米，举例来说，300微米厚的屏幕无疑可以捕获75%的X射线辐，在正常汽相淀积的CsI层，是相当高度透明的，发光光线会强烈散开，特别会从淀积层入射侧的发光中心处散开。选择汽相淀积条件，可以改进这种情况，为达到这个目的，基底温度，更详细地说是开始汽相淀积时的基底温度是特别重要的。该层横截面被摄（最好用扫描电子显微镜）得的照片表明本结构是由柱状晶体形成的，其纵方向基本上与层的厚度方向一致。由于有了这一结构，减低了发光光线的散开，但减低 的程度不够，因为各柱状物之间的过渡没有足够的光分离。这是由于中断的宽度不够，故平均说来，中断宽度比约为0.5微米的发光光线的波长小得多。如果该层备有裂纹结构，如美国专利3，825，763号叙述那样，就可获得实质的改进。例如，用一适当的加热方法，每次有若干数目的柱状物联合起来形成在内部没有明显光分离壁的柱状物，但在柱列间有明显有效的光分离壁。裂纹结构的细度可以相当大地受热处理本质的影响，根据具体情况，决定是否要在基底的表面提供一种结构，为此目的的各种方法是众所周知的。

在制造一种根据本发明的X射线增强管的入射屏幕期间，开始的材料可以是一种并非有意造成的结构支座。图2非常示意地说明一种为执行根据本发明的汽相淀积法的装置。在待抽空的空间30中，安装有支座或基底34和一个含有发光材料并包括一加热元件38的汽相淀积坩埚36，以便在此时围绕轴32旋转。支座34经由一导通构件40可以围绕轴32旋转。作为一种替代方法，汽相淀积坩埚36也可以经由托架44及一导通构件46而围绕轴32旋转。轴32最好和垂直于基底的中心线重合，它此时是一个具有一球心50的球截体。对于在这样一种支座的至少一个中央点0上的垂直的汽相淀积来说，汽相淀积坩埚将安排在线32上，而对于在整个屏幕的一个垂直的汽相淀积来说，汽相淀积坩埚将安排在点50处。

在根据本发明的汽相淀积过程中，汽相淀积坩埚安排在轴32旁边。如图示的汽相淀积坩埚36的位置，结果得到θ°的汽相淀积角度，下标θ用来表示这角施加在屏幕的中心点0上。从图已明显看出入射角随支座上的位置变化。旋转时，汽相淀积以一个变化的角度发生在整个支座上。然而，严格地说，应该认为除了中心点0外，有两个汽相淀积角度是要关注的，也就是说倾角，即旋转时对中心点0是不变的局部主直线的角，以及方位角，它在每一转的360°上对于中心点0是变化的角。

在整个发光层的汽相淀积期间，支座最好作若干次，例如几十次至 几千次的旋转。

汽相淀积坩埚于是可以恒占有一固定的位置，但通过使汽相淀积坩埚例如经托架44完成一圆周旋转，也可以实现相对的运动。汽相淀积坩埚与点0之间的连线52与中心法线32构成汽相淀积角θ°。只要坩埚还保留在线48上的位置，即使支座所有剩余点的汽相淀积角变化了，仍然要涉及汽相淀积角θ°。一个有利的汽相淀积角θ°，举例来说可是45°，但这也依赖于其它的汽相淀积参数，例如支座的温度、旋转的速度以及汽相淀积的速度。

基底温度最好是从室温开始，并以一给定的基底热流动来适配淀积率，以使屏幕温度不超过200℃左右。如果安排适当，可以顺序地以多个坩埚实现汽相淀积。汽相淀积坩埚的高度，举例来说是从与穿过支座中心点50的轴线32成直角的平面54来量度的，此高度对支座中心外的汽相淀积角，尤其是对支座和汽相淀积坩埚之间的局部距离有决定性的作用。故以恒定的汽相淀积角，也能影响屏幕上发光层的厚度变化。从不同观点来看，可以从而决定汽相淀积坩埚相对于屏幕的最佳位置，而在对照的最佳位置时，支座在汽相淀积期间还可以相对于汽相淀积坩埚作进一步的倾斜。因而可使，举例来说，坩埚和屏幕边缘点A和B之间的距离彼此恒相等。汽相淀积角θ°于是变化，但如果最佳入射角的标称值足够大的话，它不是很精确的，以致某些变化无疑是允许的，甚至可能是有利的。事实上，也不排除汽相淀积期间汽相淀积角的变化至少在发光层结构的最佳化担当起部分的责任。这个推测受到支持的事实是，尽管在测量整个屏幕的汽相淀积角的值有相当大的差异，这里就其重要性而论仍然可以得到具有令人满意的均匀结构的发光层。

从上所述，不同的参数显然会影响层的结构;很明显，工艺的边缘条件也在汽相淀积中起作用。因为汽相淀积角的值（如它足够大的话）是不很精确的，对于支座的不同几何形状和相对于层厚的不同要求及其 在屏幕上的变化，仍然总是可以找到满意的折衷方案。根据本发明的应用技术的另一好处是，从整体上看，可以在单一的操作过程中加以应用，结果，也可避免厚度方向上的小的中断。如果汽相淀积角变得相当小，结构就非常接近已知屏幕的结构;反之，如角度变得相当大，CsI诸柱状物的位置彼此离得很远，例如屏幕的填充率，从而X射线的吸收也就减少。此外，就较大角度的汽相淀积而论，可能会有更加实际的本质困难，例如CsI的低效使用。

对于特殊情况，例如需要很高的分辨率的场合，可以利用一种诸柱状物实质上是分开的结构。于是可以完全避免串光现象。原则上可以用一种吸收X射线辐射的非发光材料来填充间隙。

假使几何图形不允许有对于相对位置等的可接受的折衷方案，就可以用例如火焰喷涂或等离子体喷涂发光材料求得解决方法。用比较小的喷咀，可以有效地扫描支座（彼此作相对运动），而至支座的距离可以在广阔的限制值内自由地加以选择，例如倾斜喷咀，并可以局部地调整所需的角。进一步的生产过程可以是有效地使用大部分的发光材料。必须考虑的是，在用火焰或等离子体喷涂时，诸如支座的温度，淀积的速率，淀积时材料的本质等等留下来的条件，必须不大偏离汽相淀积时所用的值，否则，可能得不到一具有所需的柱状结构的层。

为比较公知结构层和根据本发明的试验层，图3展示了用扫描电子显微镜所摄得的这两者的照片，两者都是平面图，即从远离支座的方向观察到的平面图，图3a中所示的公知层清楚地展示了（特别参见照片1）相当宽的裂纹60，并由此（如从图3a3所显现的）也展示了相当大的空腔62。图3b示出按本发明生产得的层，如图3b1所显现，它具有宽度很小的裂纹64，图3b3显示了其相当小的空腔66。采用最佳的全部应用技术，宽度超过，例如0.5至1微米的裂纹显然可以完全避免。图3b1和3b2清楚地展示极有规则的结构，又由于没有宽的间隙或空腔（它们发 生在公知的层中）而有相当大的填充率。由于改进了结构，如果需要的话，可以将层做得相当厚，例如400至500微米，而不丧失分辨率。规则的结构允许在层上提供更连续的、带或不带中间附加层的光阴极。结果，这部分层可以做到没有宽间隙或空腔的粗糙结构的最优化层，从而导致严格的限定。