X射线光学与成像01

X射线光学与成像郭金川2653859213530036880第1讲X射线成像系统取决于相衬的具体形式干涉衍射光栅X射线源样品探测器辐射通量时间相干性空间相干性面积分辨率灵敏度数字化相位衬度光学元件能量面积效率辐射通量面积分辨率灵敏度数字化吸收衬度无相衬成像吸收成像指标更高吸收衬度vs相位衬度折射率：吸收衬度：相位衬度：X射线吸收衬度和相位衬度是两种最主要的X射线成像衬度机制。吸收衬度与折射率的虚部成正比，而相位衬度与其实部成正比。X射线相衬成像能够提供传统吸收成像无法提供的信息，是对传统X射线吸收成像的重要发展。物体X射线相位衬度成像X射线X射线正常组织正常组织肿瘤肿瘤折射率：吸收衬度：相位衬度：结论：X射线相衬成像可以对癌症进行早期诊断。X射线相位衬度成像的特点图像细节丰富灵敏度更高剂量更小对硬件要求更高老鼠心脏吸收相衬时间和空间相干性X射线相衬成像的主要形式由于光源和探测器的要求，考虑到相位恢复方法，我们更看好基于光栅的X射线相衬成像。我们的工作也主要集中在该方法及其涉及的关键问题的研究。左边干涉成像得到是相位,而右边衍射增强成像得到的是相位的一阶导数,其共同特征是依赖同步辐射源。应用推广受到限制。左边是光栅微分干涉成像，右边是自由空间传播成像,其共同特征是可以不依赖同步辐射源。便于应用推广。1995Wilkins,1996Cloetens探测器干涉成像衍射增强成像传统的吸收成像微分干涉相衬成像synchrotron:phasecontrast人的手指的X射线吸收和相衬成像。conventionalX-raysynchrotron

发展基于光栅的X射线相衬成像方法和技术，由此产生的成像装置可以在医院和普通实验室得到实际应用。X射线相衬成像乳腺诊断仪

面临的挑战X射线源一维空间相干性高的辐射通量小型化X射线相位和吸收光栅高光子能量（要求高深宽比）高的衍射效率大面积高精度X射线探测器高光子能量高的分辨率大面积高灵敏度图象读出方法与相位恢复技术

快速准确4µmAbsorptiongrating(p=2µm)AuingapsofSigratingPhasegrating(silicon,p=4µm)4µmSi-110wet-etched国外的方案

物体相位光栅具有分析光栅功能的探测器线发射体阵列X射线源我们的方案特点：无源光栅无吸收光栅两步相移法恢复图像视场大X射线能量高X射线利用率高由于没有源光栅和吸收光栅，成像装置的结构更加简洁、稳定性高，更适合于医院等场合的应用。X射线源技术进展X射线光栅研究进展

在相位光栅的基础上，只要解决重元素（通常是金、铅等对X射线具有较强吸收的重元素）在相位光栅沟道内的填充，就可以获得X射线的吸收光栅。我们目前正在研究吸收光栅的实现途径，这里碰到的难点是高深宽比微结构中的填充方法。这种填充本身就极具挑战性！4µm4µm4µmAbsorptiongrating(Auinsilicon,q=2µm)AuingapsofSigratingPhasegrating(silicon,p=4µm)4µm4µmSi-110wet-etched国外的相位和吸收光栅5cm*5cm2007年瑞士Peiffer小组低成本大面积吸收光栅技术进展具有吸收光栅功能的X射线探测器技术进展吸收光栅具有吸收光栅功能的探测器X-ray透光部分吸光部分荧光材料硅我们研制的成品X射线相衬成像系统光栅微分干涉相衬X射线成像平台大面积高灵敏高分辨X射线探测器技术进展（调试中）转换屏-光锥-CMOSFPGA板4块（8层，12cm×12cm）ARM板1块（6层，20cm×20cm）用我们自己研制的所有关键部件建成的基于光栅的X射线相衬成像系统，对一个鸡翅进行成像，采用2步法恢复出来的鸡翅的X射线相位衬度图像