X射線光學與成像01

X射線光學與成像郭金川2653859213530036880第1講X射線成像系統(tǒng)取決于相襯的具體形式干涉衍射光柵X射線源樣品探測器輻射通量時間相干性空間相干性面積分辨率靈敏度數(shù)字化相位襯度光學元件能量面積效率輻射通量面積分辨率靈敏度數(shù)字化吸收襯度無相襯成像吸收成像指標更高吸收襯度vs相位襯度折射率：吸收襯度：相位襯度：X射線吸收襯度和相位襯度是兩種最主要的X射線成像襯度機制。吸收襯度與折射率的虛部成正比，而相位襯度與其實部成正比。X射線相襯成像能夠提供傳統(tǒng)吸收成像無法提供的信息，是對傳統(tǒng)X射線吸收成像的重要發(fā)展。物體X射線相位襯度成像X射線X射線正常組織正常組織腫瘤腫瘤折射率：吸收襯度：相位襯度：結論：X射線相襯成像可以對癌癥進行早期診斷。X射線相位襯度成像的特點圖像細節(jié)豐富靈敏度更高劑量更小對硬件要求更高老鼠心臟吸收相襯時間和空間相干性X射線相襯成像的主要形式由于光源和探測器的要求，考慮到相位恢復方法，我們更看好基于光柵的X射線相襯成像。我們的工作也主要集中在該方法及其涉及的關鍵問題的研究。左邊干涉成像得到是相位,而右邊衍射增強成像得到的是相位的一階導數(shù),其共同特征是依賴同步輻射源。應用推廣受到限制。左邊是光柵微分干涉成像，右邊是自由空間傳播成像,其共同特征是可以不依賴同步輻射源。便于應用推廣。1995Wilkins,1996Cloetens探測器干涉成像衍射增強成像傳統(tǒng)的吸收成像微分干涉相襯成像synchrotron:phasecontrast人的手指的X射線吸收和相襯成像。conventionalX-raysynchrotron

發(fā)展基于光柵的X射線相襯成像方法和技術，由此產(chǎn)生的成像裝置可以在醫(yī)院和普通實驗室得到實際應用。X射線相襯成像乳腺診斷儀

面臨的挑戰(zhàn)X射線源一維空間相干性高的輻射通量小型化X射線相位和吸收光柵高光子能量（要求高深寬比）高的衍射效率大面積高精度X射線探測器高光子能量高的分辨率大面積高靈敏度圖象讀出方法與相位恢復技術

快速準確4μmAbsorptiongrating(p=2μm)AuingapsofSigratingPhasegrating(silicon,p=4μm)4μmSi-110wet-etched國外的方案

物體相位光柵具有分析光柵功能的探測器線發(fā)射體陣列X射線源我們的方案特點：無源光柵無吸收光柵兩步相移法恢復圖像視場大X射線能量高X射線利用率高由于沒有源光柵和吸收光柵，成像裝置的結構更加簡潔、穩(wěn)定性高，更適合于醫(yī)院等場合的應用。X射線源技術進展X射線光柵研究進展

在相位光柵的基礎上，只要解決重元素（通常是金、鉛等對X射線具有較強吸收的重元素）在相位光柵溝道內的填充，就可以獲得X射線的吸收光柵。我們目前正在研究吸收光柵的實現(xiàn)途徑，這里碰到的難點是高深寬比微結構中的填充方法。這種填充本身就極具挑戰(zhàn)性！4μm4μm4μmAbsorptiongrating(Auinsilicon,q=2μm)AuingapsofSigratingPhasegrating(silicon,p=4μm)4μm4μmSi-110wet-etched國外的相位和吸收光柵5cm*5cm2007年瑞士Peiffer小組低成本大面積吸收光柵技術進展具有吸收光柵功能的X射線探測器技術進展吸收光柵具有吸收光柵功能的探測器X-ray透光部分吸光部分熒光材料硅我們研制的成品X射線相襯成像系統(tǒng)光柵微分干涉相襯X射線成像平臺大面積高靈敏高分辨X射線探測器技術進展（調試中）轉換屏-光錐-CMOSFPGA板4塊（8層，12cm×12cm）ARM板1塊（6層，20cm×20cm）用我們自己研制的所有關鍵部件建成的基于光柵的X射線相襯成像系統(tǒng)，對一個雞翅進行成像，采用2步法恢復出來的雞翅的X射線相位襯度圖像