基于低剂量单步光栅的Ｘ射线相位衬度成像制造技术

相敏Ｘ射线成像方法可以提供与传统的基于吸收的成像相比基本上增加的衬度，并且因此提供新的且否则不可访问的信息。在硬Ｘ射线相位成像中将光栅作为光学元件的使用克服了已经损害相位衬度在Ｘ射线放射照相术和断层照相术中的更广泛应用的某些问题。到目前为止，为了将相位信息从利用光栅干涉仪检测的其他贡献中分离出来，已经考虑了相位步进方法，其隐含着对多个放射照相投影的获取。在这里，基于光栅干涉仪提出了创新的、高度灵敏的Ｘ射线断层照相相位衬度成像方法，其提取相位衬度信号而无需相位步进。与现有的相位步进方法相比，称为“反向投影”的该新方法的主要优势是显著地降低了传递的剂量而图像质量没有降级。该新技术为未来的快速和低剂量的相位衬度成像方法设置了先决条件，为成像生物标本和活体内研究设置了基础。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于基于低剂量单步光栅的X射线相位衬度成像的方法和系统。
技术介绍
众所周知，与传统的可见光光学不同，X射线光学中的折射率非常接近于并小于一，因为X射线光子能量经常远大于原子谐振能量。在第一近似中，对于介质中小的且可忽略的各向异性而言，可以利用折射率的复数形式来表示表征组织的光学性质的折射率，包括X射线吸收η=1.-δ-φ，其中δ是折射率实部的减少量，其表征相移性质，而虚部β描述样本的吸收性质。在传统的基于吸收的放射照相术中，X射线相移信息通常不直接用于图形重构。然而，在光子能量大于IOkeV处并对于光材料(由低Z元素制成)而言，相移项起到比衰减项更突出的作用，因为δ典型地是β的三个数量级那么大。因此，与传统的基于吸收的成像相比，相位衬度模态可以生成显著更大的图像衬度。此外，远离吸收边缘，δ与 X射线能量的平方成反比，而β随能量的四次幂减少。该机制的显著结果在于可以利用比吸收低得多的剂量沉积来获得相位信号，当诸如在生物样本中或在活体系统中必须将辐射伤害纳入考虑时这是非常重要的问题。为了记录相位信号已经开发了若干方法。可以将它们分类为干涉测量方法(利用晶体)、相位传播方法、基于分析器晶体或基于光栅干涉测量的技术。在现有技术中，已经论证了在硬X射线区域中使用由玻璃板上的金条制成的透射光栅对的双光栅干涉测量的可行性。该工作自那时以来已经被延伸以使用硬χ射线双光栅干涉仪实现三维断层照相相位重构。最近，已经论证了在硬X射线区域中利用低亮度的基于管的X射线源的三光栅干涉测量。该基于实验室的仪器对于生物学、医学中的应用以及对于非破坏性测试而言有很大的兴趣。光栅干涉仪安装在机械上是鲁棒的、易于对齐、对于机械漂移具有低敏感度，并且其对时间相干性(δε/Ε 0. 1-0. 2)和空间相干性(几微米) 的要求是适中的因此，可以容易地按比例放大仪器到大视场，当与传统的X射线管组合使用时这是重要优点。这些特性使得光栅干涉测量优于其他相位衬度方法并且设置了广泛使用相位衬度X射线放射照相术和断层照相术的先决条件。为了从其他贡献分离相位信息，正常采用相位步进方法。横向位移光栅中的一个到入射束同时获取多个投影。检测器平面中每个像素处的强度信号根据位移振荡，并且该强度振荡的相位可以与波前相位轮廓和与对象折射率实部S的减少量有直接联系。显而易见，该方法负担有(长)数据获取时间和释放到标本的严格剂量两者的限制。因此，本专利技术的目的是提供一种用于提取相位信息的方法和系统，其不需要步进过程，因此克服了数据获取时间和给予标本的剂量两者的限制
技术实现思路
该目的由用于从样本获得定量X射线图像的、针对X射线(尤其是硬X射线)的干涉仪关于系统根据本专利技术来实现，该干涉仪包括a)X射线源;b)优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅；c)具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器，具有多个独立像素；d)用于记录检测器的图像的装置；e)用于评估一系列图像中每个像素的强度从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和/或差分相位衬度主导像素和/或X射线散射主导像素的装置；其中通过从0到π或连续旋转或步进旋转样本或相对于样本连续旋转或步进旋转干涉仪和源来采集图像系列。关于该方法，根据本专利技术由用于从样本获得定量χ射线图像的方法来实现目的， 所述方法包括步骤a)提供X射线源；b)提供优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅；c)提供具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器，其具有多个独立像素；d)向探针施加X射线源的发射并且记录检测器的图像；e)评估一系列图像中每个像素的强度，从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和/或差分相位衬度主导像素和/或X射线散射主导像素；其中通过从0到2 π连续旋转或步进旋转样本或相对于样本连续旋转或步进旋转干涉仪来采集图像系列。本专利技术的系统和方法因此提出了基于光栅干涉测量的创新的、高度灵敏的X射线断层照相相位衬度成像方法，该方法提取相位衬度信号而无需相位步进(PS)。与现有相位步进方法相比，称作“反向投影(RP)”的本专利技术的主要优势是显著降低了传递的剂量，而图像质量没有降级。该新技术为未来的快速和低剂量相位衬度成像方法设置了先决条件、为成像生物标本和活体内研究设置了基础。典型地，分束器光栅可以是线光栅，优选地是相位光栅；即，具有低X射线吸收而具有相当大X射线相移(φ )的光栅，后者优选地是权利要求1.一种用于从样本获得定量X射线图像的、针对X射线尤其是硬X射线的干涉仪，包括3)父射线源《射线);b)优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅 (Gl)；c)具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器(PSD)，其具有多个独立像素；d)用于记录所述检测器(PSD)的图像的装置；e)用于评估一系列图像中每个像素的强度从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和/或差分相位衬度主导像素和/或X射线散射主导像素的装置；其中通过从0到π或连续旋转或步进旋转样本或相对于所述样本连续旋转或步进旋转所述干涉仪和所述源来采集图像系列。2.根据权利要求1所述的干涉仪，其中所述分束器光栅是线光栅(Gl)，优选地是相位光栅；即，具有低X射线吸收而具有相当大X射线相移(Φ )的光栅，后者优选地是/霄冗\Φ€ I (2/ —1)7 —arcsin0,8, (2/^ D^ + arcsinOJ | 或IJ^mmmJΦ€ {<2/-IJS -archill0.8,+arc+sinaK),其中 /=1，2，3......。3.根据权利要求1或2所述的干涉仪，其中充当所述分束器光栅的所述相位光栅通过对硅、聚合物或类似材料的深度蚀刻而制成。4.根据权利要求1所述的干涉仪，其中接近地在所述检测器(PSD)之前布置一种分析器光栅，该分析器光栅具有带有高X射线吸收衬度的一维光栅结构(0)，其周期与相位光栅的自图像的周期相同，该分析器光栅的线平行于所述相位光栅的那些线；优选地，该光栅结构用作防散射网格，或防散射网格用作调制遮罩。5.根据权利要求1所述的干涉仪，其中具有一维光栅结构的所述分析器光栅被集成到所述检测器中，所述检测器的像素是光栅周期大小的2到10倍，像素中具有传感器的半线对X射线敏感并且没有传感器的半线使X射线穿过。6.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪，其中选择所述分束器光栅(Gl)与所述分析器光栅(G2)之间的距离(D)为由以下等式给定的奇分数Talbot距离用平行X射线束时，Dn是奇分数Talbot距离，而当使用扇形或锥形X射线束时，Dn’sph是奇分数Talbot距离，Z是所述源与所述相位光栅之间的距离。7.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪，其中包括一种机构以在所述源(X射线) 与所述分束器光栅(Gl)之间或在所述分束器光栅(Gl)与从O到π或到2 π旋转的所述分，其中/7=1，3，5……，以及，其中7=1，2，3……，当使析器光栅(G2)之间放置待调查的样本。8.根据权利要求1所述的干涉仪，其中放置在所述源与所述分束器光栅(Gl)之间的准直器限制向扇形束照射X射线的空间范围，使用线阵列检测器，并且包括一种机构，该机构允许本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于从样本获得定量Ｘ射线图像的、针对Ｘ射线尤其是硬Ｘ射线的干涉仪，包括：ａ）Ｘ射线源（Ｘ射线）；ｂ）优选地为透射几何形状的除布拉格晶体之外的衍射光学元件，下文称作分束器光栅（Ｇ１）；ｃ）具有空间调制检测灵敏度的位置敏感检测器（ＰＳＤ），其具有多个独立像素；ｄ）用于记录所述检测器（ＰＳＤ）的图像的装置；ｅ）用于评估一系列图像中每个像素的强度从而针对每个独立像素将对象的特性标识为吸收主导像素和／或差分相位衬度主导像素和／或Ｘ射线散射主导像素的装置；其中通过从０到π或２π连续旋转或步进旋转样本或相对于所述样本连续旋转或步进旋转所述干涉仪和所述源来采集图像系列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱佩平，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：11