双能X射线光栅干涉成像系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种双能X射线光栅干涉成像系统及方法，具备：具有一定相干性能通过调节产生预定的两种不同能量X射线的光源；能对预定的两种不同能量的X射线产生相同的相位移动的双能相位光栅，从而在双能相位光栅后相同位置产生同样的周期性竖状条纹；分辨率优于竖状条纹的周期的X射线探测器，光源为平行光，从光源入射X射线的方向依次配置待测样品、双能相位光栅和探测器。根据本发明专利技术，针对上述问题，本发明专利技术的目的在于提供一种双能X射线光栅干涉成像系统及方法，可实现双能光栅干涉成像，从而能获取样品两个能量下的线性衰减因子、相移因子、散射因子等信息，可有效进行物质鉴别、缺陷诊断等。

Dual-energy X-ray grating interferometric imaging system and method

【技术实现步骤摘要】
双能X射线光栅干涉成像系统及方法
本专利技术涉及一种双能X射线光栅干涉成像系统及方法。
技术介绍
作为光栅干涉成像技术，目前常用的技术是利用X射线光源和相位光栅产生规则的竖状条纹图样(即、Talbot条纹)，通过检测增加样品到光路中前后图样的扭曲、强度衰减、模糊等信息，实现对样品的吸收衬度、相位衬度和暗场衬度的成像和信息分离。在平面波且不考虑放大效应的情形下，如果相位光栅对设计X射线的相移量为π时，竖状条纹的周期是相位光栅周期的1/2，如果相移量为其它有理分数倍π时，竖状条纹的周期是相位光栅周期一致。则在平面波情形下，理想的竖状条纹在相位光栅后出现的位置dT，即竖状条纹与相位光栅的距离应满足以下公式：其中，p为相位光栅的周期；λ为X射线的波长；m为竖状条纹阶数，根据相位光栅的相移取奇数或者偶数；χ为一与相位光栅相移量相关的参量，相位光栅π相移时，χ取2，其它情况取1。X射线相位光栅这里指能改变X射线波前相位分布的透射光栅。它利用X射线在不同介质中的传播速度不同，使经过X射线相位光栅栅线材料的X射线较栅线间隙中自由传播部分的X射线落后一定的相位。对于特定能量的X射线，特定高度的光栅栅线材料能够带来的相位差是确定的。因此，X射线相位光栅制作完成之后，其对X射线的相移特性就确定了。由于系统实现多衬度成像和分离均建立在相位光栅对X射线产生特定相移的基础之上，通常而言，光栅干涉成像系统仅有一个系统能点，获得的成像信息也随之限定在这一能点之上。光栅干涉成像和传统X射线成像通过改变光源能谱分布就能实现双能成像不同，其虽然也是X射线成像，但它要实现双能成像，远不如传统X射线成像那么直接。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种双能X射线光栅干涉成像系统及方法，可实现双能光栅干涉成像，从而能获取样品两个能量下的线性衰减因子、相移因子、散射因子等信息，可有效进行物质鉴别、缺陷诊断等。解决问题的技术手段：本专利技术提供一种双能X射线光栅干涉成像系统，具备：具有一定相干性能通过调节产生预定的两种不同能量X射线的光源；能对所述预定的两种不同能量的X射线产生相同的相位移动的双能相位光栅，从而在所述双能相位光栅后相同位置产生同样的周期性竖状条纹；分辨率优于所述竖状条纹的周期的X射线探测器，所述光源为平行光，从所述光源入射X射线的方向依次配置所述待测样品、所述双能相位光栅和所述探测器。根据本专利技术，不需要改变光栅间距或者更换相位光栅就能严格满足光栅干涉成像条件，仅改变X射线光源能谱就能切换在两个能点之间切换。因此，相较于其它需要移动光栅和/或待测样品的双能多衬度图像获取方法，本专利技术无需引入额外的复杂操作就能够获得样品在两种不同能量下的多衬度图像，且不需要沿光路方向移动任何光学元件，不在已有技术基础上增加额外的调节和使用要求。获得的相位衬度、暗场衬度图像具有较传统光栅干涉成像结果更窄的能谱响应性质，能够获取更精确的待测样品信息。此外，还可与CT技术结合，进一步获得准确的样品内部各体积元的衰减因子、相移因子、散射因子等信息，在物质鉴别、缺陷诊断等领域具有相当的应用前景。另，本专利技术中的双能光栅干涉成像系统能够获得两种不同能量下的多衬度图像。只需要改变X射线源的能谱分布即可，相比于传统的双能X射线吸收衬度成像没引入额外的复杂操作。又，本专利技术中，也可以是，所述光源为同步辐射光源、微焦点X射线源。由此，可以使用作为源光栅的X射线吸收光栅从而把入射的X射线分离成多个线光源。又，本专利技术中，也可以是，使用所述分析光栅在所述探测器前方步进扫描检波。由此，也可适用于探测器分辨率不够的情况。又，本专利技术中，也可以是，若所述探测器具有能量分辨能力，即具有能够分辨两个能点能量的分辨率，则所述光源为涵盖两个能点能量的宽谱X射线源，且无需具备产生预定的两种不同能量X射线的能力。基于此，使用带有能量分辨能力的探测器，则使用仅产生一种宽能量分布的光源也可以做双能。本专利技术还提供一种上述双能X射线光栅干涉成像系统的工作方法，包括：1)将X射线光源、双能相位光栅和探测器依次放入光路；2)调节双能相位光栅和探测器的角度和位置以满足规定条件；3)在未放置待测样品的状态下，打开光源，记录竖状条纹图像u1；4)放入待测样品，打开光源，记录竖状条纹图像u2；5)改变X射线源的能谱，使之分别包含高低能点，重复步骤2到4两遍，以获得u1(EL)、u2(EL)、u1(EH)、u2(EH)，通过算法计算条纹的整体强度变化、扭曲和模糊，获得多衬度图像，其中EL为低能点，EH为高能点。又，本专利技术中，也可以是，使用具有能够分辨两个能点能量的分辨率的X射线探测器，则直接比较高低两个能段下探测器记录的结果，以获得u1(EL)与u2(EL)，以及u1(EH)与u2(EH)，通过算法计算条纹的整体强度变化、扭曲和模糊，获得多衬度图像。专利技术效果：本专利技术能提供一种双能X射线光栅干涉成像系统，能够对样品在高、低两个能点分别进行X射线多衬度成像，获取样品两个能量下的准确的衰减因子、相移因子、散射因子等信息，提升成像系统对多组分材料的辨识和区分能力。附图说明图1是根据本专利技术的双能X射线光栅干涉成像系统的结构示意图；图2是示出一例双能相位光栅栅线高度与X射线能量的关系的图；图3是示出一例能相位光栅栅线高度相对偏差与X射线能量的关系的图；符号说明：1光源、2待测样品、3双能相位光栅、3’竖状条纹、4探测器。具体实施方式以下结合下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。在各图中相同或相应的附图标记表示同一部件，并省略重复说明。在此公开一种双能X射线光栅干涉成像系统S，如图1所示，该成像系统S具备：光源1、待测样品2、双能相位光栅3和探测器4。其中光源1这里指平行的具有一定相干性的X射线源，比如同步辐射光源，也可以是其它电源或者非相干光源，例如X射线管，但非相干光源的情况下需要增加额外的光栅组件。光源1通过调节能够产生设计中的两种不同能量的X射线。双能相位光栅3对设计的两种不同能量的X射线，均能够产生相同的相位移动，从而在双能相位光栅3下游相同位置产生同样的周期性竖状条纹3’。探测器4是X射线强度探测器，记录放入待测样品2前后的竖状条纹3’图样。其中，双能相位光栅3是一种特殊设计栅线高度h之后制作的相位光栅，作为光栅，栅线基底通常为硅之类的半导体材料，栅线间隙通常为空，也可填充其它材料。换言之，设计光栅主要设计的就是栅线，包括栅线的高度、周期(间距)、空占比(宽度)以及平面上的分布。本专利技术中的双能相位光栅就是特别设计栅线高度h之后产生的，对两种不同能量X射线均能产生相同相移效果的一种光栅。如果探测器4具有能量分辨能力，例如碲锌镉探测器阵列等，则只需要光源1能谱包含两个系统能点即可一次成像。如果探测器4不具有能量分辨能力，则需要光源1能够通过调节分别产生两个能点的X射线，分两次分别成像。本专利技术的成像系统S能够实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双能X射线光栅干涉成像系统，其特征在于，具备：具有一定相干性能通过调节产生预定的两种不同能量X射线的光源；能对所述预定的两种不同能量的X射线产生相同的相位移动的双能相位光栅，从而在所述双能相位光栅后相同位置产生同样的周期性竖状条纹；分辨率优于所述竖状条纹的周期的X射线探测器，所述光源为平行光，从所述光源入射X射线的方向依次配置所述待测样品、所述双能相位光栅和所述探测器。

【技术特征摘要】
1.一种双能X射线光栅干涉成像系统，其特征在于，具备：具有一定相干性能通过调节产生预定的两种不同能量X射线的光源；能对所述预定的两种不同能量的X射线产生相同的相位移动的双能相位光栅，从而在所述双能相位光栅后相同位置产生同样的周期性竖状条纹；分辨率优于所述竖状条纹的周期的X射线探测器，所述光源为平行光，从所述光源入射X射线的方向依次配置所述待测样品、所述双能相位光栅和所述探测器。2.根据权利要求1所述的双能X射线光栅干涉成像系统，其特征在于，若所述探测器具有能够分辨两个能点能量的分辨率，则所述光源为涵盖两个能点能量的宽谱X射线源，且无需具备产生预定的两种不同能量X射线的能力。3.根据权利要求1所述的双能X射线光栅干涉成像系统，其特征在于，所述光源为同步辐射光源、或微焦点X射线源。4.根据权利要求1所述的双能X射线光栅干涉成像系统，其特征在于，使用所述分析光栅在所述探测器前方步进扫描检波。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓锴，谢卫平，李晶，袁建强，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51