一种金属复合滤膜及其制备方法和应用

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种金属复合滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、医用ct设备产生的x射线为连续能谱，并非单一能量射线。儿科临床ct扫描常用管电压区间为80-100 kv，该能级对应的x射线能谱中，包含大量能量低于30 kev的低能光子，又称软x射线。该部分低能光子穿透性能极差，无法穿透人体组织被探测器捕捉，不参与有效成像过程，其能量会完全沉积于人体浅表皮肤及软组织中，是造成受检者无效辐射剂量的主要诱因。结合儿童体型娇小、软组织单薄、体层厚度小的生理特征，低能软x射线在儿童体表的吸收占比远高于成人，辐射沉积效率更高，造成的局部辐射损伤更显著，也极大增加了儿科ct低剂量精准优化的技术难度。现阶段临床应用的ct低剂量优化手段涵盖扫描参数规范化调整、迭代图像重建算法、自适应管电流调控技术等多种方式，上述技术均是在x射线源固有能谱基础上进行二次优化，并未从源项上减弱射线能谱的无效成分。

2、x射线前置滤过是从射线源头调控能谱分布、剔除无效低能射线、实现辐射剂量源项控制的物理技术。该技术利用x射线在介质中的衰减特性，在x射线管出射端口加装特定材质与厚度的滤过介质。目前医疗上常采用一定厚度的单一金属材料如铝、铜、铍等作为滤过介质，尤其是采用铝膜的情况更为普遍。x射线穿过滤膜介质时遵从指数衰减规律：

3、

4、要想更大程度上减弱低能软x射线的水平，就势必要增加金属滤膜的厚度，但这样的话，高能x射线部分也会大幅减弱，在此情况下，为了获得清晰图像，就势必导致被动延长辐照时间，又增加了辐照剂量，从而得不偿失。因此，医学上无论采用哪种单一金属材料作为滤膜，都会存在相应弊端：即较薄的材料低能端滤过不理想，较厚材料高能端滤过太高。

5、针对上述问题，发明采用al-fe复合金属滤膜的x射线能谱滤过材料，形成适合儿科ct常规扫描新型复合滤膜，并给出了固相合成方案。该滤膜突破传统单一滤过材料的技术瓶颈，为儿科ct辐射剂量控制提供可靠的理论支撑与技术参考。

技术实现思路

1、现有ct设备普遍采用单一铝制滤过板实现x射线能谱硬化，但常规铝材料仅能滤除极低能软射线，对15-30 kev区间对人体辐射贡献最大、成像贡献极低的中低能x射线滤除效果差，尤其在儿科低剂量扫描场景下，存在浅表组织吸收剂量高、辐射防护能力不足、剂量优化空间有限等技术缺陷，难以兼顾图像质量与低辐射需求。本发明针对上述现有技术缺陷，设计一种高低原子序数材料融合的复合滤膜体系，通过不同材料对x射线的差异化吸收特性，实现对低能、中低能冗余射线的精准滤除。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种金属复合滤膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1. 将铝粉、铁粉混合，球磨，干燥，得到混合料；

5、s2. 将混合料进行压制，制得生坯；

6、s3. 将生坯进行真空热压固相反应合金化，制得金属复合滤膜。

7、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述铝粉、铁粉的质量比为7-9:1-3；所述铁粉的氧含量＜150ppm。

8、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述球磨的球料比为8-12:1，介质为无水乙醇，球磨的时间为3-5h，所述干燥温度为50-60℃，时间为8-12h。

9、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述压制的条件为常温静压，压强为20-25mpa，保压时间为3-5min，所述生坯厚度为1.8-1.9mm，烧结致密化收缩6-7%，生坯致密度控制在82-84%。

10、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述真空热压固相反应合金化的反应压强为≤5×10-3pa，条件为恒定静压，压强为0.4-0.45mpa。

11、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述真空热压固相反应合金化的反应包括以下步骤：

12、s301. 脱气活化段：室温升温至320-360℃，升温速率5-7℃/min，保温30-50min；

13、s302. 低速互扩散段：升温至500-530℃，升温速率2-4℃/min；

14、s303. 核心固相反应恒温段：恒温500-530℃，保温,100-120min；

15、s304. 均匀化定型段：继续恒温20-40min，恒压不变，修正薄板热变形至适合的尺寸。

16、作为本发明的进一步改进，所述金属复合滤膜的厚度为1.75±0.02mm。

17、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的金属复合滤膜。

18、本发明进一步保护一种上述的金属复合滤膜在制备降低辐射剂量的产品中的应用。

19、作为本发明的进一步改进，所述降低辐射剂量为降低儿童ct诊断的降低辐射剂量。

20、本发明具有如下有益效果：

21、1、本发明设计一种高低原子序数材料融合的复合滤膜体系，通过不同材料对x射线的差异化吸收特性，实现对低能、中低能冗余射线的精准滤除。复合滤膜以铝基层为基础匹配常规设备滤过标准，搭配高原子序数薄层材料靶向吸收15-30kev有害光子，在有效滤除无用低能射线、降低皮肤及浅表组织辐射沉积剂量的同时，保留高能有效成像光子，优化x射线能谱分布，提升射线利用效率。

22、2、本发明结构简单、适配现有ct球管安装结构，无需改动扫描设备及重建算法，可显著降低医用ct尤其是儿科ct检查的无效辐射剂量，有效解决传统单一滤过板能谱硬化不足、低剂量优化受限的技术问题，兼具良好的成像稳定性与临床适用性，具备广阔的临床推广应用价值。

23、3、本发明的滤膜能很好的压制x射线谱中低能部分，尤其是20kev的x射线透过率仅为2mm铝膜透过率的1/3。能较大幅度降低儿童ct诊断中对儿童造成的不必要辐射剂量水平。

1.一种金属复合滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述铝粉、铁粉的质量比为7-9:1-3；所述铁粉的氧含量＜150ppm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述球磨的球料比为8-12:1，介质为无水乙醇，球磨的时间为3-5h，所述干燥温度为50-60℃，时间为8-12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述压制的条件为常温静压，压强为20-25mpa，保压时间为3-5min，所述生坯厚度为1.8-1.9mm，烧结致密化收缩6-7%，生坯致密度控制在82-84%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述真空热压固相反应合金化的反应压强为≤5×10-3pa，条件为恒定静压，压强为0.4-0.45mpa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述真空热压固相反应合金化的反应包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属复合滤膜的厚度为1.75±0.02mm。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的金属复合滤膜。

9.一种如权利要求8所述的金属复合滤膜在制备降低辐射剂量的产品中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述降低辐射剂量为降低儿童ct诊断的降低辐射剂量。