CN211718161U - 一种x射线相位灵敏度分辨率板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X射线相位灵敏度分辨率板，包括基底、相位结构；相位结构的尺寸与成像系统的X射线能量相对应，且相位结构呈空间周期分布，相位结构为设置在基底表面的第一相位结构；或相位结构为在基底内开设空腔形成的第二相位结构；或相位结构为在基底内开设空腔并在空腔中填充形成的第三相位结构；相位结构和空间周期之间关系满足：在相位结构不变时，空间周期逐次变化；在空间周期不变时，相位结构逐次变化；基底、第一相位结构、第三相位结构采用低原子序数材料，且基底采用的材料与第一相位结构和第三相位结构采用材料不同。本实用新型可用于X射线相衬成像系统相位灵敏度和图像分辨率的评估和实验检测。

Description

一种X射线相位灵敏度分辨率板

技术领域

本实用新型属于X射线成像技术领域，涉及一种X射线器件，尤其涉及一种用于X射线相衬成像系统像质评估和检测的X射线相位灵敏度分辨率板。

背景技术

自伦琴发现X射线以来，X射线成像技术便被广泛地应用于探测物质内部结构方面。相比于X射线吸收成像技术，X射线相衬成像技术能够获得轻元素物质的高对比度图像。这是因为这类物质对X射线相位的改变量是对其振幅改变量的10³倍以上。轻元素物质的种类很多，既包括碳纤维、光纤和有机材料，也包括生物软组织及其所组成的器官等。因此，X射线相衬成像技术将可广泛用于材料科学、生命科学和医学等基础研究领域，也可以在工业无损检测、安全检查、生物医学成像和生物考古等方面应用。

自20世纪90年代以来，X射线相衬成像已经获得了很大的发展，根据获得相位信息方法不同，可分为晶体干涉法、衍射增强法、自由空间传播法和光栅干涉法等多种类型。但由于X射线相衬成像对光源的相干性和亮度提出很高要求，早期的实验研究需要使用同步辐射源或微焦点源才能实现，因此限制了这些方法在实际中的应用。2006年，F.Pfeiffer等人根据Talbot-Lau 原理，利用阵列X射线源在普通实验室实现了光栅相衬成像实验，摆脱了同步辐射源和微焦点源的限制，使人们看到了光栅相衬成像技术走向实际应用的希望。在这项工作的启发和推动下，国内外许多研究小组都开展了针对X 射线光栅相衬成像的相关理论研究和器件研制工作，并搭建了各具特色的实验装置，甚至有的已开展了针对医学成像应用方面的研究。

在国内，清华大学的研究小组搭建了基于莫尔偏折法的X射线光栅相衬成像系统，高能物理研究所和中国科技大学的研究小组采用一步曝光的反投影法重建了物体的三维相位信息，深圳大学的研究小组提出了基于结构阳极靶X射线源和结构化转换屏的无吸收光栅微分相衬成像装置，上海应用物理研究所的研究人员在上海光源上搭建了针对生物成像的光栅相衬成像系统。

在国际上，日本A.Momose等人在原有研究基础上开发了一台光栅相衬成像原型机，开展人体关节炎疾病的实验研究，但其成像视场只能达到6cm ×6cm。瑞士的C.David等人利用X射线光栅相衬成像装置开展了针对人体乳腺组织标本的实验研究，并从其散射像中观察到了常规乳腺机无法识别的微细结构。F.Pfeiffer等人在德国慕尼黑工业大学发展了一台小型的X射线光栅相衬CT装置，正在探索这一成像装置的应用潜力。还有美国威斯康星-麦迪逊大学、美国国立健康研究所、瑞士苏黎世大学和德国纽伦堡-埃尔兰根大学等机构的研究小组也在各自实验室搭建了X射线光栅相衬成像系统，开展相关研究工作。

上述成像装置的搭建和实验工作，大大推进了X射线光栅相衬成像技术的研究进程，但总体而言，该成像技术仍然处于起步阶段，在成像理论、器件研制和实验技术等方面都存在着许多问题，如成像视场和X射线的使用能量仍然有限，大面积、高深宽比吸收光栅的研制困难，成像质量评估和验证的手段和技术缺乏等，都制约了该技术的发展和应用。目前已有的用于传统X 射线吸收成像系统的分辨率板，是由强吸收材料(如金)制作而成的固定周期结构，不能反映弱吸收物质的相位结构变化，因此不适用于X射线相衬成像系统成像质量的评估和检测实验。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对已有的用于传统X射线吸收成像系统的分辨率板不能反映弱吸收物质相位结构信息的缺陷，以及X射线相衬成像系统成像质量评估和验证的手段及技术缺乏的问题，提供一种结构相对简单、可形成对X射线弱吸收的相位对比度、非常适合于X射线相衬成像系统成像质量的评估和检测实验的X射线相位灵敏度分辨率板。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种X射线相位灵敏度分辨率板，包括低原子序数材料制成的基底、用于体现分辨率板相位灵敏度的相位结构；所述相位结构的尺寸与成像系统的X射线能量相对应，且相位结构呈空间周期分布；

所述相位结构为设置在基底表面的第一相位结构；或是所述相位结构为在基底内开设空腔形成的第二相位结构；或者所述相位结构为在基底内开设空腔并在空腔中填充与基底不同材料填充物形成的第三相位结构；

所述相位结构和空间周期之间关系满足：在相位结构不变时，空间周期逐次变化；或者在空间周期不变时，相位结构逐次变化；

所述第一相位结构、第三相位结构是低原子序数材料制成的相位结构。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选顺X射线的穿透方向，所述相位结构为方体结构、楔形体结构、棱形体结构、锥形体结构、圆柱体结构、圆环柱体结构或球体结构。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述的相位结构和空间周期之间的关系中，所述相位结构不变是：在X射线的穿透方向上的结构不变。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述在X射线的穿透方向上的结构不变是：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度不变；或者楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角不变；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角不变；或者锥形体结构中，锥形角对应 X射线的穿透方向，且锥形角不变；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X 射线的穿透方向，且圆柱体径向半径不变；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径不变；或者球体结构中，球体半径不变；

所述相位结构逐次变化为：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度变化；楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角变化；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角变化；或者锥形体结构中，锥形角对应 X射线的穿透方向，且锥形角变化；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X 射线的穿透方向，且圆柱体径向半径变化；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径变化；或者球体结构中，球体半径变化。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述空间周期分布为光栅型空间周期分布、辐射型空间周期分布或环型空间周期分布。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述的相位结构和空间周期之间的关系中，空间周期逐次变化是指：所述的光栅型空间周期分布中，周期从大到小或从小到大间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为1～10个；或者所述的辐射型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大；或者所述的环型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大或连续减小。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述的空间周期分布范围为1～1000μm。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选选择光栅型空间周期分布时，所述X射线能量为0.2～500keV；所述的方体结构长为100～5000m、宽为1～1000μm、顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm；或者所述的楔形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜楔形角≤90°；或者所述的棱形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜棱形角＜ 180°；或者所述的锥形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜锥形角＜180°；或者所述的圆柱体结构为高100～5000μm、顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的圆环柱体结构为高100～5000μm、顺 X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的球体结构顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述的相位结构与基底为一体结构或二者固定连接在一起。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用低原子序数材料作为制作X射线相位灵敏度分辨率板的基底材料或填充材料，且基底采用的材料与第三相位结构中的填充物采用材料不同，低原子序数材料密度小，对X射线呈现弱吸收特性；而X射线透过这类物质时，会有显著的波前相位变化，在分辨率板上就可以形成对X射线弱吸收的相位对比度。因此，采用低原子序数材料来制作X射线相位分辨率板，可以反映弱吸收物质的相位结构变化，非常适合于X射线相衬成像系统成像质量的评估和检测实验。利用X射线相衬成像技术开展碳纤维、光纤、有机材料和生物软组织及其所组成器官的成像研究和应用，可进行定量的像质评估和检测。所述相位结构的尺寸与成像系统的X射线能量相对应，适用从软X射线到硬X射线，使分辨率板既可用于小视场高分辨率的非常规X射线源相衬成像系统，也可用于大视场普通分辨率的常规X射线源相衬成像系统。在相位结构不变时，空间周期逐次变化，形成离散型空间周期分布，对应的周期标记对应的线对数，可以直观粗略地观测成像系统图像分辨率的范围。在空间周期不变时，相位结构逐次变化，空间周期连续分布，可以快速精确地找到成像系统图像分辨率的截止值。

本实用新型设计方体结构、楔形体结构、棱形体结构、锥形体结构、圆柱体结构或球体结构作为相位分辨率板的相位结构。使用方体结构可直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，使用楔形体结构、或棱形体结构、或锥形体结构可提供分辨率板内部结构的相位梯度对比度，使用圆柱体结构、或球体结构可提供分辨率板内部结构的连续变化相位梯度对比度。X射线相衬成方法，根据其成像原理、仪器和信息获取方式的不同，可分为晶体干涉法、衍射增强法、自由空间传播法和光栅干涉法等多种类型，晶体干涉法可获得物体内部结构的相位对比度图像，衍射增强法和光栅干涉法可获得物体内部结构的相位一阶导数对比度图像，自由空间传播法可获得物体内部结构的相位二阶导数对比度图像。相位分辨率板采用不同的设计结构，可分别用于不同的X射线相衬成像系统，如方体结构可用于晶体干涉法的成像系统，楔形体结构、棱形体结构和锥形体结构可用于衍射增强法和光栅干涉法的成像系统，圆柱体结构和球体结构可用于自由空间传播法的成像系统。

本实用新型设计分辨率板的相位结构尺寸与成像系统的X射线能量相对应。

X射线能量为0.2～500keV；方体结构长100～5000μm、宽1～1000μm、高 1～1000μm；楔形体结构高1～1000μm、楔形角0～90°；棱形体结构高1～1000μm、棱形角0～108°；锥形体结构高1～1000μm、锥形角0～108°；圆柱体结构高 100～5000μm、半径1～500μm；球体结构半径1～500μm。X射线能量覆盖范围从软X射线到硬X射线，相位结构尺寸覆盖范围从微米到毫米，使分辨率板即可用于小视场高分辨率的非常规X射线源相衬成像系统，也可用于大视场普通分辨率的常规X射线源相衬成像系统。

本实用新型设计分辨率板相位结构空间周期分布的排列方式有光栅型空间周期分布、辐射型空间周期分布和环型空间周期分布，空间周期分布范围 1～1000μm。光栅型空间周期排列方式中周期从大到小或从小到大间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为1～10 个。光栅型空间周期分布的相位分辨率板，其周期分布是离散型的，对应的周期标记对应的线对数，可以直观粗略地观测成像系统图像分辨率的范围。辐射型和环型的空间周期排列方式，从分辨率板中心到外围周期连续增大或减小，其周期分布是连续的，可以快速精确地找到成像系统图像分辨率的截止值。

本实用新型设计分辨率板相位结构和空间周期的组合方式有保持相位结构不变而空间周期逐次变化，或保持空间周期不变而相位结构逐次变化。在X 射线相衬成像系统的相位灵敏度和图像分辨率检测实验中，使用相位结构不变而空间周期逐次变化的分辨率板，可以测出成像系统的图像分辨率；使用空间周期不变而相位结构逐次变化的分辨率板，可以测出成像系统的相位灵敏度；两者先后使用，则可以先后测出成像系统的这两项指标。

本实用新型设计分辨率板相位结构与基底材料的结合方式有相位结构制作于基底材料表面，或相位结构嵌于基底材料内部。在基底材料表面直接加工相位结构的分辨率板，采用常规的机械加工技术或电火花加工技术实现，简单方便、费用低，适用于大视场普通分辨率的常规X射线源相衬成像系统。相位结构嵌于基底材料内部的分辨率板，采用新兴的飞秒激光加工技术或刻蚀技术加工其内部结构，再利用高温融化填充技术、或电镀填充技术、或纳米粒子完成基底空腔内部材料的填充，其相位结构完整、周期精准，适用于小视场高分辨率的非常规X射线源相衬成像系统。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1a-1c是本实用新型实施例1分辨率板第一种实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1分辨率板第一种实施方式的线对数分布曲线；

图3是本实用新型实施例1分辨率板第一种实施方式中结构高度与X射线能量的关系曲线。

图4是本实用新型实施例1分辨率板第一种实施方式的透过率分布图；

图5是本实用新型实施例1分辨率板第一种实施方式的相位分布图；

图6a-6b是本实用新型实施例2分辨率板第二种实施方式的结构示意图；

图7是本实用新型实施例2分辨率板第二种实施方式的线对数分布曲线；

图8是本实用新型实施例2分辨率板第二种实施方式中结构角度与相位梯度的关系曲线；

图9是本实用新型实施例2分辨率板第二种实施方式的透过率分布图；

图10是本实用新型实施例2分辨率板第二种实施方式的相位梯度分布图；

图11是本实用新型实施例3分辨率板第三种实施方式的结构示意图；

图12是本实用新型实施例4分辨率板第四种实施方式的结构示意图；

图13是本实用新型实施例5分辨率板第五种实施方式的结构示意图；

图14是本实用新型实施例6分辨率板第六种实施方式的结构示意图；

图15是本实用新型实施例7分辨率板第七种实施方式的结构示意图；

图16a-16b是本实用新型实施例8分辨率板第八种实施方式的结构示意图；

图17a-17b是本实用新型实施例9分辨率板第九种实施方式的结构示意图；

图18是本实用新型实施例10分辨率板第十种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

一种X射线相位灵敏度分辨率板，包括基底100、用于体现分辨率板相位灵敏度的相位结构200；所述相位结构200的尺寸与成像系统的X射线能量相对应，且相位结构200呈空间周期分布。

根据相位结构200位置和结构不同，有多种实施方式：第一种实施方式为所述相位结构200为设置在基底100表面的第一相位结构，第一相位结构为实体结构；第二种实施方式为：所述相位结构200为在基底100内开设空腔形成的第二相位结构，第二相位结构为空腔结构；第三种实施方式为：所述相位结构200为在基底100内开设空腔并在空腔中填充形成的第三相位结构，第三相位结构为实体结构。

进一步地，优选顺X射线的穿透方向上，所述相位结构200为方体结构、楔形体结构、棱形体结构、锥形体结构、圆柱体结构、圆环柱体结构或球体结构，即上述结构跟方向有关，所称结构都是在顺X射线的穿透方向上看，得到的形状结构。其中，方体结构指相位结构200形状是：顺X射线的穿透方向上，为长方体形状或正方体形状；或者楔形体结构指相位结构200形状是：顺X射线的穿透方向上，为楔形，楔形角开口背向X射线的穿透方向；或者棱形体结构指相位结构200形状是：顺X射线的穿透方向上，为棱柱形状，棱形角开口背向X射线的穿透方向；或者锥形体结构指相位结构200形状是：顺X射线的穿透方向上，为锥体形状，锥形角开口顺向X射线的穿透方向；或者圆柱体结构指相位结构200形状是：顺X射线的穿透方向上，为圆柱体形状，圆柱体的径向(半径方向)为X射线的穿透方向；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向(半径方向)为X射线的穿透方向，或者球体结构指相位结构200形状为球体形状，球体半径方向为X射线的穿透方向。上述相位结构200的形状任意一项都适用本实用新型，且根据X射线源相衬成像系统的要求选择相位结构200的形状。其中，第一相位结构为上述形状的实体结构，第二相位结构为上述形状的空腔，第三相位结构为上述形状的空腔进行填充后的实体结构。

本实用新型中，使用方体结构可直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，使用楔形体结构、或棱形体结构、或锥形体结构可提供分辨率板内部结构的相位梯度对比度，使用圆柱体结构、或圆环柱体结构、或球体结构可提供分辨率板内部结构的连续变化相位梯度对比度。

由于X射线相衬成方法，根据其成像原理、仪器和信息获取方式的不同，可分为晶体干涉法、衍射增强法、自由空间传播法和光栅干涉法等多种类型，晶体干涉法可获得物体内部结构的相位对比度图像，衍射增强法和光栅干涉法可获得物体内部结构的相位一阶导数对比度图像，自由空间传播法可获得物体内部结构的相位二阶导数对比度图像。本实用新型的相位分辨率板可以采用上述不同相位结构200的设计，分别用于不同的X射线相衬成像系统，如方体结构可用于晶体干涉法的成像系统，楔形体结构、棱形体结构和锥形体结构可用于衍射增强法和光栅干涉法的成像系统，圆柱体结构、圆环柱体结构和球体结构可用于自由空间传播法的成像系统。

所述基底100、第一相位结构、第三相位结构采用低原子序数材料制成，且其中所述基底100采用的材料与第三相位结构中的填充物采用材料不同。由于本实用新型采用低原子序数材料作为基底100的材料或相位结构200的材料或相位结构200的填充材料，低原子序数材料具体可以选择：铍、碳单质类物质、硅和轻元素化合物中的至少一种。这类物质密度小，对X射线呈现弱吸收特性；而X射线透过这类物质时，会有显著的波前相位变化。其中第一相位结构与基底100采用相同材料；第二相位结构对应的基底100选用一种材料，第二相位结构为空腔；第三相位结构对应的基底100材料采用这类物质中的一种，而第三相位结构的填充物采用这类物质中的另一种作为填充材料制成。第一相位结构、第二相位结构和第三相位结构都可以在分辨率板上形成对X射线弱吸收的相位对比度。因此，采用这类物质来制作X射线相位分辨率板，可以反映弱吸收物质的相位结构200变化，非常适合于X射线相衬成像系统成像质量的评估和检测实验，利用X射线相衬成像技术开展碳纤维、光纤、有机材料和生物软组织及其所组成器官的成像研究和应用，可进行定量的像质评估和检测。

碳单质类物质即为碳单质，主要成分都是单质碳。碳单质类物质可以具体选择：金刚石、石墨、C60或石墨烯，轻元素化合物可以具体选择：PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PTFE(聚四氟乙烯)。

本实用新型设计分辨率板的相位结构200尺寸与成像系统的X射线能量相对应。

例如选择光栅型空间周期分布时，所述X射线能量为0.2～500keV；所述的方体结构长为100～5000m、宽为1～1000μm、顺X射线的穿透方向上的高为 1～1000μm；或者所述的楔形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、 0°＜楔形角≤90°；或者所述的棱形体结构顺X射线的穿透方向上的高为 1～1000μm、0°＜棱形角＜180°；或者所述的锥形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜锥形角＜180°；或者所述的圆柱体结构为高 100～5000μm、顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的圆环柱体结构为高100～5000μm、顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的球体结构顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm。上述不同结构的相位结构200尺寸覆盖范围从微米到毫米，使分辨率板即可用于小视场高分辨率的非常规X射线源相衬成像系统，也可用于大视场普通分辨率的常规X 射线源相衬成像系统。

本实用新型的分辨率板的相位结构空间周期分布的分布可以是：光栅型空间周期分布、辐射型空间周期分布或环型空间周期分布三种实施方式，空间周期分布范围1～1000μm。其中，光栅型空间周期排列方式是周期从大到小或从小到大间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为1～10个，相同周期结构个数具体根据成像系统要求设置，可以是上述数值范围内的任意一个。光栅型空间周期分布的相位分辨率板，其周期分布是离散型的，对应的周期标记对应的线对数，可以直观粗略地观测成像系统图像分辨率的范围。辐射型空间周期分布和环型空间周期分布的相位分辨率板，其空间周期排列方式是从分辨率板中心到外围周期连续增大或减小，由于其周期分布基本是连续的，可以快速精确地找到成像系统图像分辨率的截止值。

上述三种空间周期分布方式都适用本实用新型。

根据不同的相位结构200可以选择不同的空间周期分布方式，同时，不同的空间周期结构也对应相应的相位结构200。所述相位结构200和空间周期之间关系都需满足：在相位结构200不变时，空间周期逐次变化；或者在空间周期不变时，相位结构200逐次变化。

所述的相位结构200和空间周期之间的关系中，根据相位结构200的结构和形状不同，所述相位结构200不变具体是：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度不变；或者楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角不变；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角不变；或者锥形体结构中，锥形角对应X射线的穿透方向，且锥形角不变；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X射线的穿透方向，且圆柱体径向半径不变；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径不变；或者球体结构中，球体半径不变，其他位置或整体结构的变化需根据X射线相位灵敏度分辨率板确定，例如方形结构中，高度不变(高度方向即为X射线的穿透方向)，其长度和宽度可以根据需要变化，其他形状的相位结构200 也同此，只需保持X射线的穿透方向上的一个形状指标不变，其他形状指标可以变化。所述相位结构200逐次变化具体为：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度变化；楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角变化；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角变化；或者锥形体结构中，锥形角对应X射线的穿透方向，且锥形角变化；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X射线的穿透方向，且圆柱体径向半径变化；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径变化；或者球体结构中，球体半径变化。跟上述原理相同，相位结构200逐次变化是指X射线的穿透方向上的一个形状或尺寸指标发生变化，其他形状或尺寸指标不作限定，可以变化，也可以不变化。

所述的相位结构200和空间周期之间的关系中，空间周期逐次变化是指：所述的光栅型空间周期分布中，周期从大到小或从小到大间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为1～10个；或者所述的辐射型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大；或者所述的环型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大或连续减小。

进一步地，所述的X射线相位灵敏度分辨率板中，优选所述的相位结构 200与基底100为一体结构或二者固定连接在一起。具体地，一体结构可以是第一相位结构与其基底100为一次成型的一体结构，第二相位结构是在基底 100上开设空腔形成的，二者也是一体结构。第三相位结构是在第二相位结构的基础上填充另外的低原子序数材料形成的一体结构。对于第一相位结构，它与基底100也可以是通过粘接、焊接等方式固定连接在一起的固定连接。

以下通过一些具体实施例进行详细说明：

实施例1，如图1a-1c所示，X射线相位灵敏度分辨率板第一种具体实施方式的结构示意图。

本实施例中，相位结构200选择第二相位结构，即相位结构200为在基底 100内开设的空腔形成，第二相位结构嵌于基底100材料内部,基底100的材料使用有机玻璃(PMMA)，空腔中不使用填充材料。第二相位结构采用方体结构，即顺X射线的穿透方向(z轴方向)上为长方体空腔结构，相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200和空间周期之间的关系是：保持相位结构200不变而空间周期逐次变化，从图1a-1c中可以看出：方体结构中，从右至左，Z轴方向的高度不变(X射线的穿透方向上的高度不变)，周期从大到小间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为5个。方体结构的长度(图1a中y轴方向)为500μm,高度(图1a中z轴方向)为65μm,宽度(图1a中x轴方向) 随周期变化，从左至右依次为250μm、100μm、50μm、25μm，分别对应如图 2所示的2lp/mm、5lp/mm、10lp/mm、20lp/mm的空间分辨率。

X射线的穿透方向为z轴方向，通过设计不同方体结构的材料和高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求，图3是分辨率板方体结构高度与X射线能量的关系曲线图。本实例针对X射线能量为28keV，设计方体结构高度65μm使穿透的X射线产生π相位延迟。图4是本实用新型实施例分辨率板第一种实施方式的透过率分布图，图5是本实用新型实施例分辨率板第一种实施方式的相位分布图。从4图可以看到X射线通过分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。从图5中可以看到，X 射线通过分辨率板方体结构部分发生了π相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与方体结构高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，可用于晶体干涉法的X射线相衬成像系统。所述第一种实施方式的大周期相位结构可采用机械加工技术实现，小周期相位结构可采用飞秒激光加工技术实现。

实施例2，如图6a-6b所示，X射线相位灵敏度分辨率板第二种实施方式的结构示意图。

所述第二种实施方式的相位结构200也是嵌于基底100材料内部,基底100 材料使用纯硅片，制出空腔，空腔内部结构不使用填充材料，为第二相位结构；如图6a-6b所示，具体相位结构200采用棱形体结构，具体为四棱柱形状，相位结构200空间周期分布的排列方式也是光栅型空间周期分布，第二相位结构和空间周期的排布方式也是保持相位结构200不变而空间周期逐次变化，图中显示：X射线的穿透方向(z轴方向)上，从右至左，相位结构200的棱形体角度不变，都为90°，周期从大到小间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为5个。设计棱形体结构长度 (图6b中y轴方向)500μm,棱形体的棱形角为90°，高度(图6a中z轴方向)和宽度(图6a中x轴方向)随周期变化，从左至右依次为250μm、100μm、 50μm、25μm，分别对应如图7所示的2lp/mm、5lp/mm、10lp/mm、20lp/mm 的空间分辨率。

图8是分辨率板的棱形体的棱形角与X射线相位梯度的关系曲线图。本实例针对X射线能量为28keV，设计棱形体的棱形角为90°使透过X射线波前产生9.6×10⁴的相位梯度变化。图9是本实用新型实施例分辨率板第二种实施方式的透过率分布图，图10是本实用新型实施例分辨率板第二种实施方式的相位梯度分布图。从9图可以看到，X射线通过分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。从图10中可以看到，X射线通过分辨率板棱形体结构部分呈现出显著的相位梯度对比度。这种实施方式提供分辨率板内部结构的相位梯度对比度，可用于衍射增强法和光栅干涉法的X射线相衬成像系统，小周期部分可用于小视场高分辨率的非常规X射线源成像系统，大周期部分可用于大视场普通分辨率的常规X射线源成像系统。所述第二种实施方式的大周期相位结构可采用激光加工方式实现制成空腔的第二相位结构，小周期相位结构可采用湿法刻蚀技术或干法刻蚀技术实现制成空腔的第二相位结构。

实施例3，如图11所示，X射线相位灵敏度分辨率板第三种实施方式的结构示意图。

所述第三种实施方式的相位结构200选择第一相位结构，即在基底100 上方设置相位结构200，相位结构200与基底100之间通过粘接固定连接在一起。基底100的材料使用有机玻璃(PMMA)，第一相位结构的材料也使用有机玻璃(PMMA)。与实施例1第一种实施方式的设计类似，第一相位结构为方体结构，相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构 200和空间周期之间的关系：保持相位结构200不变而空间周期逐次变化，从图11中可以看出：从左至右(Z轴方向)，方体结构的高度不变，周期从大到小间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为5个。设计方体结构长度(图11中y轴方向)500μm,高度(图11 中z轴方向)65μm,宽度(图11中x轴方向)随周期变化，从右至左依次为 250μm、100μm、50μm、25μm，分别对应如图2所示的2lp/mm、5lp/mm、 10lp/mm、20lp/mm的空间分辨率。X射线的穿透方向为z轴方向，通过设计不同方体结构的材料和高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计方体结构高度65μm使穿透的X 射线产生π相位延迟。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X射线通过该分辨率板方体结构部分发生了π相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与方体结构高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，同样可用于晶体干涉法的X射线相衬成像系统。

实施例4，如图12所示，X射线相位灵敏度分辨率板第四种实施方式的结构示意图。

所述第四种实施方式的相位结构200选择第三相位结构，相位结构200 嵌于基底100材料内部，内部结构使用填充材料。基底100的材料使用纯硅片，第三相位结构的填充材料使用石墨纳米颗粒。本实施例的相位结构200 也采用方体结构，相位结构200空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200和空间周期的组合方式是保持相位结构200不变而空间周期逐次变化，从图12中可以看出：从左至右(z轴方向)，方体结构的高度不变，周期从大到小间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为5个。设计相位方体结构长度(图12中y轴方向) 500μm,高度(图12中z轴方向)45μm,宽度(图12中x轴方向)随周期变化，从右至左依次为250μm、100μm、50μm、25μm，分别对应如图2所示的 2lp/mm、5lp/mm、10lp/mm、20lp/mm的空间分辨率。X射线的穿透方向为 z轴方向，通过在相位方体结构中填充不同材料和设计方体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，相位方体结构中填充石墨材料，设计方体结构高度45μm使穿透基底100材料硅和相位结构200材料石墨之间的X射线产生π相位延迟。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X 射线通过该分辨率板基底100和相位结构200之间发生了π相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与相位方体结构高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，同样可用于晶体干涉法的X 射线相衬成像系统。所述第四种实施方式可先采用干法或湿法刻蚀技术在硅基底100上加工出内部方体结构的空腔，再在空腔中填充石墨纳米颗粒。

实施例5，如图13所示，X射线相位灵敏度分辨率板第五种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是辐射型空间周期分布，相位结构200 和空间周期之间关系：保持相位结构200不变而空间周期逐次变化，相位结构200采用楔形体结构，保持楔形体高度(图13中垂直纸面方向)不变，由楔形体构成的圆形相位结构周期从中心到外围逐渐增大。本实施例中，相位结构200选择第二相位结构，即相位结构200为在基底100内加工楔形体结构的空腔而成，基底100材料采用纯硅片。设计楔形体个数为36个，楔形角为5°。楔形体构成的圆形相位结构周期从中心到外围逐渐增大，中心圆周期为900μm，中心圆形内相位结构周期为25μm，最外围圆周期为9000μm，最外围圆形内相位结构周期为250μm，得到从中心到外围其空间分辨率范围为 20lp/mm到2lp/mm。X射线的穿透方向楔形体高度方向(垂直于附图13的纸面)，通过设计楔形体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计楔形体结构高度38μm 使穿透硅材料基底100和楔形体结构之间的X射线产生π相位延迟。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X 射线通过该分辨率板基底100和楔形体结构之间发生了π相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与楔形体高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，同样可用于晶体干涉法的X射线相衬成像系统，可快速得到该成像系统图像分辨率的截止值。

实施例6，如图14所示，X射线相位灵敏度分辨率板第六种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是环型空间周期分布，相位结构200 和空间周期的组合方式是保持相位结构200高度不变而空间周期逐次变化，相位结构200采用圆环柱体结构，保持圆环柱体高度(图14中垂直纸面方向) 不变，由圆环柱体构成的相位结构周期从中心到外围逐渐减小。本实施例中，相位结构200选择第二相位结构，即相位结构200为在基底100内加工由内到外排列的圆环柱体结构的空腔而成，基底100材料采用纯硅片。圆环柱体构成的相位结构周期从中心到外围逐渐增大，设计中心圆环柱体环宽125μm，对应中心圆环柱体构成的相位结构周期为250μm，最外围圆环柱体环宽 12.5μm，对应最外围圆环柱体构成的相位结构周期为25μm，得到从中心到外围其空间分辨率范围为2lp/mm到20lp/mm。X射线的穿透方向圆环柱体高度方向，通过设计圆环柱体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计圆环柱体结构高度38μm使穿透硅材料基底100和圆环柱体结构之间的X射线产生π相位延迟。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X射线通过该分辨率板基底100和楔形体结构之间发生了π相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与圆环柱体高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的相位对比度，也同样可用于晶体干涉法的X射线相衬成像系统，快速得到该成像系统图像分辨率的截止值。

实施例7，如图15所示，X射线相位灵敏度分辨率板第七种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200 和空间周期的组合方式是保持空间周期不变而相位结构200高度逐次变化，相位结构200采用方体结构，保持方体结构排列的空间周期不变，方体高度 (图15中z轴方向)从左到右依次增大。本实施例中，相位结构200选择第二相位结构，即相位结构200为在基底100内加工方体结构的空腔而成，基底100材料采用有机玻璃(PMMA)。设计4组不同高度的方体结构，方体结构排列的空间周期为60μm，对应空间频率为8.3lp/mm，从左至右方体高度依次为30μm、40μm、50μm、60μm。X射线的穿透方向为方体高度方向，通过设计方体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计方体高度依次为30μm、40μm、 50μm、60μm，使穿透PMMA材料基底100和方体结构之间的X射线产生的相位延迟依次为0.92π、0.77π、0.62π、0.46π。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X射线通过该分辨率板基底100和方体结构之间发生了不同的相位延迟，呈现出显著的相位对比度，其对比度大小与方体高度成正比。这种实施方式直接提供分辨率板内部结构的不同相位对比度(如0.92π、0.77π、0.62π、0.46π)，可用于晶体干涉法的X 射线相衬成像系统，测出成像系统在特定空间分辨率下(如8.3lp/mm)的相位灵敏度。

实施例8，如图16a-16b所示，X射线相位灵敏度分辨率板第八种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200和空间周期的组合方式是保持空间周期不变而相位结构200高度逐次变化，相位结构200采用楔形体结构，保持楔形体结构排列的空间周期不变，楔形体高度(图16a中z轴方向)从左到右依次增大。对应X射线的穿透方向的楔形角从左到右依次减小，本实施例中，相位结构200选择第一相位结构，即相位结构200为在基底100上固定的第一相位结构，基底100和第一相位结构材料采用PS(聚苯乙烯)。设计4组不同高度的楔形体结构，楔形体结构排列的空间周期为60μm，对应空间频率为8.3lp/mm，从左至右楔形体高度依次为30μm、40μm、50μm、60μm。X射线的穿透方向为楔形体高度方向，通过设计楔形体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计楔形体高度分别为30μm、40μm、50μm、60μm，使穿透PMMA楔形体结构的X射线产生的相位梯度依次为4.8×10⁴、6.4×10⁴、8.0×10⁴、9.6×10⁴。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X射线通过该分辨率板楔形体结构呈现出显著的相位梯度对比度，其对比度大小与楔形体高度成正比。这种实施方式提供分辨率板内部结构的不同相位梯度对比度(如4.8×10⁴、6.4×10⁴、 8.0×10⁴、9.6×10⁴)，可用于衍射增强法和光栅干涉法的X射线相衬成像系统，测出成像系统在特定空间分辨率下(如8.3lp/mm)的相位梯度灵敏度。

实施例9，如图17a-17b所示，X射线相位灵敏度分辨率板第九种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200 和空间周期的组合方式是保持空间周期不变而相位结构200高度逐次变化，相位结构200采用锥形体结构，保持锥形体结构排列的空间周期不变，锥形体高度(图17a中z轴方向)从左到右依次增大，锥形角对应X射线的穿透方向，且锥形角依次变小。本实施例中，相位结构200选择第三相位结构，即相位结构200为在基底100内加工锥形体结构的空腔而成，基底100材料采用PTFE(聚四氟乙烯)，填充材料选择石墨。设计4组不同高度的锥形体结构，锥形体结构排列的空间周期为60μm，对应空间频率为8.3lp/mm，从左至右锥形体高度依次为30μm、40μm、50μm、60μm。X射线的穿透方向为锥形体高度方向，通过设计锥形体结构的不同高度适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计锥形体高度分别为30μm、40μm、50μm、60μm，使穿透锥形体结构的X射线产生的相位梯度依次为增大。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X射线通过该分辨率板锥形体结构呈现出显著的相位梯度对比度，其对比度大小与锥形体高度成正比。这种实施方式提供分辨率板内部结构的不同相位梯度对比度，可用于衍射增强法和光栅干涉法的X 射线相衬成像系统，测出成像系统在特定空间分辨率下(如8.3lp/mm)的相位梯度灵敏度。

实施例10，如图18所示，X射线相位灵敏度分辨率板第十种实施方式的结构示意图。

相位结构空间周期分布的排列方式是光栅型空间周期分布，相位结构200 和空间周期的组合方式是保持空间周期不变而相位结构200高度逐次变化，相位结构200采用球体结构，保持球体结构排列的空间周期不变，球体半径从左到右依次增大。本实施例中，相位结构200选择第三相位结构，即相位结构200为在基底100内加工球体结构的空腔而成，基底100材料采用PTFE (聚四氟乙烯)，填充材料选择石墨。设计4组不同半径的球体结构，球体结构排列的空间周期为60μm，对应空间频率为8.3lp/mm，从左至右球体半径依次为15μm、20μm、25μm、40μm。X射线的穿透方向为图18中z轴方向，通过设计球体结构的不同半径适用于成像系统不同X射线能量和相位灵敏度的需求。本实例针对X射线能量为28keV，设计球体半径度分别为15μm、20μm、 25μm、30μm，使穿透球体结构的X射线产生的相位梯度依次为减小。X射线通过该分辨率板后强度衰减很弱，几乎不呈现内部结构的吸收对比度。而X 射线通过该分辨率板球体结构呈现出显著的相位梯度对比度，其对比度大小与球体半径成成反比。这种实施方式提供分辨率板内部结构的不同相位梯度对比度，可用于衍射增强法和光栅干涉法的X射线相衬成像系统，测出成像系统在特定空间分辨率下(如8.3lp/mm)的相位梯度灵敏度。

Claims (9)

1.一种X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，包括低原子序数材料制成的基底、用于体现分辨率板相位灵敏度的相位结构；所述相位结构的尺寸与成像系统的X射线能量相对应，且相位结构呈空间周期分布；

所述相位结构为设置在基底表面的第一相位结构；或是所述相位结构为在基底内开设空腔形成的第二相位结构；或者所述相位结构为在基底内开设空腔并在空腔中填充与基底不同材料填充物形成的第三相位结构；

所述相位结构和空间周期之间关系满足：在相位结构不变时，空间周期逐次变化；或者在空间周期不变时，相位结构逐次变化；

所述第一相位结构、第三相位结构是低原子序数材料制成的相位结构。

2.根据权利要求1所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，顺X射线的穿透方向，所述相位结构为方体结构、楔形体结构、棱形体结构、锥形体结构、圆柱体结构、圆环柱体结构或球体结构。

3.根据权利要求2所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述的相位结构和空间周期之间的关系中，所述相位结构不变是：在X射线的穿透方向上的结构不变。

4.根据权利要求3所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述在X射线的穿透方向上的结构不变是：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度不变；或者楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角不变；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角不变；或者锥形体结构中，锥形角对应X射线的穿透方向，且锥形角不变；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X射线的穿透方向，且圆柱体径向半径不变；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径不变；或者球体结构中，球体半径不变；

所述相位结构逐次变化为：方体结构中，X射线的穿透方向上的高度变化；楔形体结构中，对应X射线的穿透方向的楔形角变化；或者棱形体结构中，对应X射线的穿透方向的棱形角变化；或者锥形体结构中，锥形角对应X射线的穿透方向，且锥形角变化；或者圆柱体结构中，圆柱体径向对应X射线的穿透方向，且圆柱体径向半径变化；或者圆环柱体结构中，圆环柱体的径向对应X射线的穿透方向，且圆环柱体径向半径变化；或者球体结构中，球体半径变化。

5.根据权利要求4所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述空间周期分布为光栅型空间周期分布、辐射型空间周期分布或环型空间周期分布。

6.根据权利要求5所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述的相位结构和空间周期之间的关系中，空间周期逐次变化是指：所述的光栅型空间周期分布中，周期从大到小或从小到大间隔排列，不同周期结构间隔距离为相同周期结构个数×周期，相同周期结构个数为1～10个；或者所述的辐射型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大；或者所述的环型空间周期分布中，周期从中心到外围连续增大或连续减小。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述的空间周期分布范围为1～1000μm。

8.根据权利要求5所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，选择光栅型空间周期分布时，所述X射线能量为0.2～500keV；所述的方体结构长为100～5000m、宽为1～1000μm、顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm；或者所述的楔形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜楔形角≤90°；或者所述的棱形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜棱形角＜180°；或者所述的锥形体结构顺X射线的穿透方向上的高为1～1000μm、0°＜锥形角＜180°；或者所述的圆柱体结构为高100～5000μm、顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的圆环柱体结构为高100～5000μm、顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm；或者所述的球体结构顺X射线的穿透方向上的半径为1～500μm。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的X射线相位灵敏度分辨率板，其特征在于，所述的相位结构与基底为一体结构或二者固定连接在一起。

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