[发明专利]X射线相衬成像系统

说明书

本发明提供X射线相衬成像系统，包括常规X光管、针孔准直器、X射线毛细管透镜、成像物体、光栅G₁、光栅G₂、X射线探测器。其中，常规X光管用于向成像物体发射X射线线束，其焦斑通常在百微米量级，靶材料以钼、铜等特征X射线能量低于20keV的材料为佳；针孔准直器用于阻挡X射线毛细管透镜接收角度以外的入射X射线对系统成像质量的影响，其材料为铅、钨等。本发明将原标准成像方案中的源光栅利用毛细管透镜进行代替，从而提高成像系统的机械稳定性和成像效率，显著降低成像系统的成本和规模，便于灵活开展成像应用。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及X射线相衬成像系统。

背景技术

在X射线成像领域，传统的基于X射线吸收机制的成像模式在富含碳、氢等元素的轻材料及乳腺等软组织成像中会面临衬度差的问题，不能够获得理想的图像质量。为了克服这一难题，科研人员发展出了新的成像模式——相衬成像，即利用X射线经过物体后的相位改变进行成像。在X射线能区，上述轻材料和软组织的相移截面比吸收截面通常要高2-3个量级以上，因此利用相衬成像方法可以显著提升成像的衬度，并且有助于降低人体软组织成像的辐射剂量。

截止目前，已经发展成熟的相衬成像方案主要包括6种，即菲涅尔波带片法、X射线干涉仪法、衍射增强法、同轴法、光栅法和边缘照明法。其中，光栅法是目前唯一能够摆脱同步辐射等相干光源而在常规X光管上可以实现的相衬成像方法，并且该方法利用一次扫描可以同时实现多种模式(吸收、相衬和暗场)的成像，因此在医学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用前景。为了适应实验室和医院规模的相衬成像应用，发展一种紧凑型的光栅法相衬成像系统变得尤为重要。

现有技术一的技术方案

在标准的光栅法相衬成像方案(F.Pfeiffer方案，文献1)中成像系统通常由三块光栅组成，即源光栅(G₀)、相位/吸收光栅(G₁)和吸收光栅(G₂)按照一定的条件进行排列，如图1(a)-图1(b)所示。

现有技术一的缺点是：

1.高效的源光栅加工困难且成本昂贵。

2.机械稳定性差，光子利用率低，成像效率低。

3.系统规模较大(几米规模)，不利于灵活的开展成像应用。

注：文献1为F.Pfeiffer,T.Weitkamp,O.Bunk,and C.David,“Phase retrievaland differential phase-contrast imaging with low-brilliance x-ray sources,”Nat.Phys.2,258–261(2006)。

图1(a)、图1(b)均摘自文献1。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供X射线相衬成像系统，利用X射线毛细管透镜取代原标准光栅法相衬成像中的源光栅G₀。

本发明采用如下技术方案：

X射线相衬成像系统，包括：常规X光管、针孔准直器、X射线毛细管透镜、成像物体、光栅G₁、光栅G₂和X射线探测器。

常规X光管，用于向成像物体发射X射线束；

针孔准直器，用于阻挡X射线毛细管透镜接收角度以外的入射X射线对系统成像质量的影响，位于常规X光管后侧；

X射线毛细管透镜，为点对点型，用于接收常规X光管发射的X射线并将其聚焦到较小的焦斑，位于针孔准直器的后侧，入口端针对针孔准直器的小孔，并且入口端至常规X光管焦点的距离等于其入射焦距f₁；