CN1560613A - X射线相衬位相差放大成像装置 - Google Patents

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陈建文
高鸿奕
李儒新
徐至展
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Abstract

一种X射线相衬位相差放大成像装置，包括相干的X射线源，其特征是在该相干的X射线源的输出光路方向设置第一单晶硅片和第二单晶硅片，第一单晶硅片将入射的X射线分成两束，第二单晶硅片将两束X射线复合，其中一束X射线穿过待测样品，在两束X射线合并相交的位置设有探测器，还有一台计算机从该探测器获取X射线全息干涉图并进行位相显示和放大。本发明具有结构简单、分辨率高的优点，它可为早期癌症诊断提供一种有效的装置。

Description

X射线相衬位相差放大成像装置
技术领域：
本发明涉及X射线相衬技术，特别是一种X射线相衬位相差放大成像装置，它的最大优势是可以获得高的分辨，在医学临床特别是早期癌症诊断方面，将能获得广泛的巨大作用。
背景技术：
1965年，美国Cornell大学的U.Bonse和M.Hart研制成的第一台X射线干涉仪，它是由三块平行的单晶硅构成的，如图1所示，基于晶体衍射原理，第一块晶体用来作为分束器，第二块晶体将这两束X射线复合，由于X射线波长比可见光的要短得多，它们形成的干涉条纹太密，以致不能用肉眼直接观察，第三块晶体则解决了这个难题，它将两束X射线之间的夹角变得很小，几乎平行，用底片记录下条纹。
1995年，日立制作所的Atsushi Momose等人首先采用X射线干涉仪研究生物样品的位相衬度。我们知道，通常在临床医学中，往往用常规(基于吸收机制)X射线摄影层析术来判断生物组织的病变，但对于癌症的早期诊断却遇到了困难，这是因为癌变组织在早期与正常组织之间吸收差异非常小，不能形成吸收衬度像，而A.Momose等人发现对于由氢、碳、氮和氧轻元素组成的软组织，在硬X射线区域它们引起的位移移动比吸收衬度截面大三个量级，这样为X射线相衬成像研究开辟了理论依据。
A.Momose等人用X射线干涉仪观察了许多人体组织，例如：由于癌变引起的肝硬化、肠癌肿瘤的内部结构、乳房癌的软组织、早期乳房肿瘤等等。
这一研究领域目前取得了许多进展，人们企盼它早日临床应用，但它面临着一个亟待解决的问题就是提高分辨率。
发明内容：
本发明针对上述在先技术中的不足，提供一种X射线相衬位相差放大成像装置，将位相差放大技术应用到X射线相衬成像中来，可将分辨率提高1～2个量级，为早期癌症诊断，提供一个有效的工具。
所谓的光学全息位相差放大技术，是指用一块干板记录下含有物体信息的全息图，然后利用衍射原理重构出它们的不同衍射级次的衍射波，再让它们的共轭波重叠干涉，如此反复循环，获得高倍位相差放大。
数字全息位相差放大技术继承了普通光学全息位相差放大技术的基本思想，但对全息图的记录、存储和重构采用了不同的手段，其一是以CCD电荷耦合器代替了全息干板作为记录介质，记录到的全息图经数字化处理以后，存储于计算机中。其二是以数字傅里叶变换处理取代光学衍射来完成所记录物场的重构，通过对所记录的全息图强度分布作快速傅里叶变换运算，获得其空间频率分布，从中分离并提取出物光波的频谱，再经逆傅里叶变换运算，便得到物光波复振幅分布。
数字位相差放大技术，只是在物场复振幅分布中的相位分布函数乘上一个整数因子，例如N，就可以将位相差放大N倍，此时条纹间距代表的是2π/N位相变化，这样我们可以从条纹图像获得更多、更丰富的变化细节。
本发明的技术解决方案如下：
一种X射线相衬位相差放大成像装置，包括相干的X射线源，其特征是在该相干的X射线源的输出光路方向设置第一单晶硅片和第二单晶硅片，第一单晶硅片将入射的X射线分成两束，第二单晶硅片将两束X射线复合，其中一束X射线穿过待测样品，在两束X射线合并相交的位置设有探测器，还有一台计算机从该探测器获取X射线全息干涉图并进行位相显示和放大。
所说的相干的X射线源是一个同步辐射源，它包含同步辐射装置及单色仪。
所说的单晶硅片是一块完美的单晶硅片，X射线经过单晶硅片以后，将产生衍射。其中一单晶硅片的作用是将入射的X射线分成两束，另一单晶硅片的作用是将两束X射线合并相交并产生干涉。
所说的待测样品，是生物组织或有机或无机材料。
所说的探测器，是一台硬X射线波段的CCD相机，用来接收全息干涉图。
本发明的技术效果如下：
当X射线源工作以后，X射线入射到单晶硅片上，入射束一部分透过作为A束，还产生正负一级衍射(图中正一级衍射未画出)，负一级作为B束，A束和B束经过另一单晶硅片以后，又产生各自的透射和衍射束。A束产生的负一级衍射穿过待测样品和B束产生的正一级衍射，在探测器CCD上产生X射线全息干涉图，数字化以后，进入计算机，经傅里叶变换、滤波、逆变换，再在位相因子上乘上N倍，就可以获得由待测样品引起的并被放大N倍相衬成像图，呈现在计算机屏幕上，相衬成像的分辨率也可以放大N倍。因此与在先技术相比，本发明的X射线相衬成像位相差放大装置具有结构简单、分辨率高的优点，它可为早期癌症诊断提供方法和装置。
附图说明：
图1为在先技术中用于相衬成像的X射线干涉仪装置图。
图2为本发明的X射线相衬位相差放大成像装置示意图。
具体实施方式
本发明的X射线相衬位相差放大成像装置示意图如图2所示，它是由六部分组成：相干的X射线源1，单晶硅片2和3，待测样品4，探测器5，计算机6。
所说的相干的X射线源1是一个同步辐射源，它包含同步辐射装置及单色仪。
所说的单晶硅片2和3是一块1cm×1cm×1mm(长×宽×高)完美的单晶硅片，X射线经过单晶硅片2和3以后，将产生衍射。单晶硅片2的作用是将入射的X射线分成两束，单晶硅片3的作用是将两束X射线合并相交并产生干涉。
所说的待测样品4，是生物组织或有机或无机材料。
所说的探测器5，是一台硬X射线波段的CCD相机，用来接收全息干涉图。
所说的计算机6是一台用来对X射线全息干涉图形进行位相显示和放大的机器。
本发明X射线相衬位相差放大成像装置的工作原理和基本过程是：
当X射线源1工作以后，X射线入射到单晶硅片2上，入射束一部分透过作为A束，还产生正负一级衍射(图中正一级衍射未画出)，负一级作为B束，A束和B束经过单晶硅片3以后，又产生各自的透射和衍射束。A束产生的负一级衍射穿过样品4和B束产生的正一级衍射，在探测器5CCD上产生全息干涉图，数字化以后，进入计算机6，经傅里叶变换、滤波、逆变换，再在位相因子上乘上N倍，就可以获得由样品4引起的并被放大N倍相衬成像图，呈现在计算机屏幕上，相衬成像的分辨率也可以放大N倍。

Claims (3)

1、一种X射线相衬位相差放大成像装置，包括相干的X射线源(1)，其特征是在该相干的X射线源(1)的输出光路方向设置第一单晶硅片(2)和第二单晶硅片(3)，第一单晶硅片(2)将入射的X射线分成两束，第二单晶硅片(3)将两束X射线复合，其中一束X射线穿过待测样品(4)，在两束X射线合并相交的位置设置探测器(5)，一台计算机(6)从该探测器(5)获取X射线全息干涉图并进行位相显示和放大。
2、根据权利要求1所述的X射线相衬位相差放大成像装置，其特征是所说的相干的X射线源(1)是一个同步辐射源，它包含同步辐射装置及单色仪。
3、根据权利要求1所述的X射线相衬位相差放大成像装置，其特征是所述的探测器(5)是一台硬X射线波段的CCD相机。
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