CN101833233A - X射线位相成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线位相成像装置，包括依次排列的X射线光源(1)、光学器件(2)和X射线探测器(4)，所述X射线光源(1)发出的X射线沿所述光学器件(2)的一端到另一端，并形成微焦斑(5)，经过被成像的样品(3)后，在所述X射线探测器(4)上成像，所述光学器件(2)为单毛细管。该成相装置可以形成尺寸更小的微焦斑，以提高X射线位相成像的空间分辨率，使X射线位相成像更清晰，而且该装置造价低廉，便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及X射线光学成像领域，特别是涉及一种X射线位相成像装置。
背景技术
X射线位相成像的原理是：采用相干光源，当波前通过物体时，相干(平面或球面)波前受到了畸变，进一步传播时，由于横截波前的干涉效应，就会产生强度变化，因此使位相变化可以利用可观察的强度变化显示出来，即形成位相衬度。现有的X射线位相成像系统有好多种，其中一种利用微焦斑X射线光源发出的连续谱进行位相成像，利用X射线光源连续谱进行成像，这可以缩短成像时间，从而提高成像效率。这种位相成像方法只要求X射线具有高度的空间相干，而对时间相干性要求不高。由于微焦斑X射线光源(小于等于30微米)能提供具有高度空间相干的X射线，而这种光源固有的较低的时间相干影响位相的衬度并不严重。因此，如何得到微焦斑X射线光源是利用微焦斑X射线光源发出的连续谱进行位相成像的关键。
现有的可用于X射线位相成像的微焦斑光源由于在其靶的微小区域发射X射线的同时会有大量的热量产生，所以这类可用于X射线位相成像的微焦斑光源强度很低，导致成像效率不高，不能达到理想的成像效果。人们在努力研制可用于X射线位相成像的微焦斑光源过程中，发现可以利用X射线光学器件将大焦斑光源发出的发散X射线会聚为微焦斑，然后再利用该微焦斑作为X射线位相成像的光源。在这些X射线光学器件中，多毛细管X射线光学器件能够将连续的X射线会聚为微焦斑以达到X射线位相成像的相干要求。
但是，由于多毛细管X射线光学器件是由20-30万根毛细管拉制而成，在成像过程中，每根玻璃毛细管的管壁不可避免的对成像效果造成影响。因此，在使用多毛细管X射线光学器件进行成像时，多毛细管的管壁所造成的背底对成像质量影响较大，存在较大的缺点，成像质量仍不理想。
因此，如何得到高质量的X射线位相成像的微焦斑光源，以提高X射线位相成像的清晰度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种X射线位相成像装置，该成相装置可以提高X射线位相成像的空间分辨率，使X射线位相成像更清晰，而且该装置造价低廉，便于推广。
为实现上述发明目的，本发明提供一种X射线位相成像装置，包括依次排列的X射线光源、光学器件和X射线探测器，所述X射线光源发出的X射线沿所述光学器件的一端到另一端，并形成微焦斑，经过被成像的样品后，在所述X射线探测器上成像，所述光学器件为单毛细管。
优选地，所述单毛细管的各截面均为圆形截面，其母线为光滑渐变的曲线，且其中部截面的面积大于两端截面的面积。
优选地，所述单毛细管为轴对称管，其对称轴的延伸方向与所述单毛细管的延伸方向大体平行。
优选地，所述单毛细管的入口直径大于所述单毛细管的出口直径。
优选地，所述单毛细管的长度范围为0.1cm-50cm，入口直径的范围为1mm-10mm，出口直径的范围为1μm-30μm，入口焦距的范围为1cm-50cm，出口焦距范围为2mm-30mm。
优选地，所述X射线探测器具体为X射线成像板。
优选地，所述单毛细管具体为玻璃单毛细管。
优选地，还包括用于支撑所述样品的样品台，所述样品设于所述样品台的上方。
本发明所提供的X射线位相成像装置包括X射线光源、光学器件和X射线探测器，其中，与现有技术不同的在于，光学器件为单毛细管。即本发明提供的X射线位相成像装置在X射线光源之后放置单毛细管，由X射线光源发出的X射线被单毛细管会聚形成微焦斑，由该微焦斑发出X射线依然满足X射线位相成像的空间相干要求，由该微焦斑发出X射线打在样品上之后，在X射线探测器上可以形成样品的像，从而得到样品的成像图片。
相比较于多毛细管X射线光学器件，利用单毛细管可以消除管壁轮廓的影响，减少管壁造成的背底影响，提高X射线位相成像质量。另外，单毛细管所形成的微焦斑更小，使X射线的空间相干性更好，样品经X射线位相成像的图像更清晰。因此，和多毛细管X射线光学器件相比，采用单毛细管进行X射线位相成像，能够得到更好的成像效果。
在一种优选的实施方式中，所述单毛细管的入口直径大于其出口直径。单毛细管的入口直径越大，收集的来自X射线光源的X射线越多，这便于形成高功率密度的微焦斑。同时，单毛细管出口直径控制着其会聚焦斑的直径，出口直径越小，经其会聚的微焦斑的直径越小，成像的空间分辨率越高。所以，为了形成高质量的微焦斑，本发明所提供的单毛细管的入口直径大于出口直径，使入口处尽可能地多收集X射线，出口处形成的直径尽小，使成像更清晰。
在另一种优选的实施方式中，所述单毛细管为玻璃单毛细管，玻璃单毛细管的加工工艺简单，有利于降低成像装置的生产成本。同时，利用玻璃形成的单毛细管，其内壁更加光滑，粗糙度小，便于X射线的高效传输，从而提高成像质量。
附图说明
图1为本发明所提供X射线位相成像装置一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的光学器件一种具体实施方式的结构示意图；
图3为图1所示X射线位相成像装置中X射线路径示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种X射线位相成像装置，该成相装置可以提高X射线位相成像的空间分辨率，使X射线位相成像更清晰，而且该装置造价低廉，便于推广。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1、图2和图3，图1为本发明所提供X射线位相成像装置一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的光学器件一种具体实施方式的结构示意图；图3为图1所示X射线位相成像装置中X射线路径示意图。
本发明所提供的X射线位相成像装置包括X射线光源1、光学器件2和X射线探测器4，其中，与现有技术不同点在于，光学器件为单毛细管。即本发明提供的X射线位相成像装置在X射线光源1之后放置单毛细管，由X射线光源1发出的X射线被单毛细管会聚形成微焦斑5，由该微焦斑5发出X射线依然满足X射线位相成像的空间相干要求，由该微焦斑5发出X射线打在样品3上之后，在X射线探测器4上可以形成样品3的像，从而得到样品3的成像图片。
相比较于多毛细管X射线光学器件，单毛细管可以消除管壁轮廓的影响，减少管壁造成的背底影响，提高X射线位相成像质量。另外，单毛细管所形成的微焦斑5更小，使X射线的空间相干性更好，样品3经X射线位相成像的图像更清晰。因此，和多毛细管X射线光学器件相比，采用单毛细管进行X射线位相成像，能够得到更好的成像效果。
如图2所示，在一种具体的实施方式中，单毛细管的各截面可以均为圆形截面，且其母线为光滑渐变的曲线，且其中部截面的面积大于两端截面的面积。即单毛细管的外壁沿其延长方向形成光滑渐变的曲线，单毛细管的两端较细，中部向外凸起。具体地，单毛细管为轴对称管，其对称轴的延伸方向与单毛细管的延伸方向大体平行，可以理解，沿单毛细管的轴向延伸的母线，将其绕对称轴旋转一周，即可形成一个轴对称的单毛细管，使X射线经过单毛细管时，能规律地成像，形成规律的微焦斑5，便于清晰地成像和科学研究。
进一步地，单毛细管的入口直径D1可以大于出口直径D2。由单毛细管的成像规律可知，单毛细管的入口直径D1越大，收集的来自X射线光源1的X射线越多，这便于形成高功率密度的微焦斑5。同时，单毛细管出口直径D2控制着其会聚焦斑的直径，出口直径D2越小，经其会聚的微焦斑5的直径越小，成像的空间分辨率越高。所以，为了形成高质量的微焦斑5，本发明所提供的单毛细管的入口直径D1大于出口直径D2，使入口处尽可能地多收集X射线，出口处形成的微焦斑5的直径尽可能小，以提高成像质量。
需要说明的是，本发明所提供的单毛细管的截面可以不是圆形的，例如可以是椭圆截面或者其它形状的截面；同理，单毛细管也可以不是轴对称结构，其入口直径D1也可以等于或小于出口直径D2；只要能将X射线从单毛细管的一端传输到另一端，并在传输的过程中，改变X射线的传播方向，使X射线经过单毛细管后能形成微焦斑，就能满足本发明的要求。
单毛细管的长度L取决于所采用的X射线光源1和X射线探测器4的尺寸，单毛细管的长度L越短，越便于在单毛细管出口端形成高功率密度的微焦斑5。单毛细管入口直径D1取决于所采用的X射线光源1尺寸和光源的发散角，一般说来，入口直径D1越大，收集的来自X射线光源1的X射线越多，这便于形成高功率密度的微焦斑5。单毛细管出口直径D2控制着其会聚微焦斑5的直径，出口直径D2越小，经其会聚的微焦斑5的直径越小。单毛细管入口焦距f1和所采用X射线光源1的大小以及单毛细管的入口直径D1有关，入口焦距f1越小，越便于在单毛细管出口端形成高功率密度的微焦斑5。单毛细管的出口焦距f2和单毛细管的微焦斑5直径成正比，即微焦斑5直径越小，出口焦距f2越小，反之亦然。
根据多次试验得知，单毛细管的长度L范围为0.1cm-50cm，入口直径D1的范围为1mm-10mm，出口直径D2的范围为1μm-30μm，入口焦距f1的范围为1cm-50cm，出口焦距f2范围为2mm-30mm时，单毛细管形成的微焦斑5的尺寸较小，使X射线的空间相干性较好，X射线位相成像的空间分辨率较高，样品3经X射线位相成像的图像较清晰。
在一种具体的实施方式中，单毛细管可以为玻璃单毛细管，玻璃单毛细管的加工工艺简单，有利于降低X射线位相成像装置的生产成本和市场推广。同时，利用玻璃形成的单毛细管，其内壁更加光滑，粗糙度小，便于X射线的高效传输，从而提高成像质量。
具体地，上文所述的X射线探测器4可以是X射线成像板或者是胶片等。同时，本发明所提供的X射线成像装置还可以包括用于支撑样品3的样品台6，将样品3设于样品台6上。在具体的实施方式中，可以将样品台6设计为高度可调的，根据X射线成像的需要，通过调整样品台6的高度调整样品3至适当的位置，以确保成像质量。
以上对本发明所提供的X射线位相成像装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种X射线位相成像装置，包括依次排列的X射线光源(1)、光学器件(2)和X射线探测器(4)，所述X射线光源(1)发出的X射线沿所述光学器件(2)的一端到另一端，并形成微焦斑(5)，经过被成像的样品(3)后，在所述X射线探测器(4)上成像，其特征在于，所述光学器件(2)为单毛细管。
2.根据权利要求1所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述单毛细管的各截面均为圆形截面，其母线为光滑渐变的曲线，且其中部截面的面积大于两端截面的面积。
3.根据权利要求2所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述单毛细管为轴对称管，其对称轴的延伸方向与所述单毛细管的延伸方向大体平行。
4.根据权利要求3所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述单毛细管的入口直径大于所述单毛细管的出口直径。
5.根据权利要求1至4任一项所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述单毛细管的长度范围为0.1cm-50cm，入口直径的范围为1mm-10mm，出口直径的范围为1μm-30μm，入口焦距的范围为1cm-50cm，出口焦距范围为2mm-30mm。
6.根据权利要求1至4任一项所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述X射线探测器(4)具体为X射线成像板。
7.根据权利要求1至4任一项所述的X射线位相成像装置，其特征在于，所述单毛细管具体为玻璃单毛细管。
8.根据权利要求1至4任一项所述的X射线位相成像装置，其特征在于，还包括用于支撑所述样品(3)的样品台(6)，所述样品(3)设于所述样品台(6)的上方。
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