X射線光柵成像系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學設備，特別是一種X射線光柵成像系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]無損傷成像探測技術在醫(yī)學、生命科學、材料科學、工業(yè)應用及安檢等領域有著廣泛的應用，X射線成像是其中最重要的方法之一。傳統(tǒng)的X射線成像是基于物體對X射線的吸收特性而實現的，它利用物體內部不同部位對X射線的吸收不同形成襯度圖像。當利用X射線對弱吸收物體即輕元素構成的物體成像時，由于物體各部分對輸入的X射線吸收很少，彼此之間所表現出的吸收差異不能形成探測器可識別的吸收襯度，無法獲取足夠對比度的吸收圖像。特別是在醫(yī)學和生物學領域，如人體的血管、乳房組織、空腔器官組織、月中瘤等等由輕元素為主組成的軟組織都是弱吸收物體，傳統(tǒng)的X射線吸收成像方法難以獲得高對比度圖像。在醫(yī)學領域人們只能獲得由重元素組成的像骨組織的高對比度吸收圖像。
[0003]X射線相襯成像是利用X射線透過檢測物體時，不同部位X射線相位發(fā)生的變化形成圖像對比度來實現成像的。由于輕元素組成的物質的相移因子比吸收因子高三個數量級以上，X射線通過物體后由于相移導致的強度變化要比吸收導致的強度變化大很多。例如，X射線相襯技術在理論上可分辨密度變化為0.0003-0.002g/cm3的不同組織邊界，空間分辨率可小于1 μπι。目前被認為是軟組織醫(yī)用檢查最好的方法一一MRI，可分辨的密度變化為0.01g/cm3,空間分辨率僅為1 一2mm。而且X射線相襯成像探測到的是相位信息，可以減少樣品對X射線的吸收，還可提高所獲得的圖像的對比度和分辨率，顯然這對人體而言是十分有益的。
[0004]實現X射線相襯成像需要相干性好、輻射通量高的X射線源。同步輻射源在一定程度上可滿足這種要求，目前許多X射線相襯成像實驗都是在同步輻射源上完成的。但同步輻射源體積龐大、成本昂貴，不便或無法應用于許多實際場合。尤其對人體相襯成像而言，現有的同步輻射源難以提供所必需的40-70keV的光子能量。
[0005]基于X射線管的X射線相襯成像技術主要是基于光柵的微分干涉相襯成像技術。是利用普通所用的低亮度X射線管為光源的微分干涉相襯成像技術。為了使所用的X射線源滿足一維空間相干性，上述方法必須在所使用的低亮度X射線管之后引入一 X射線吸收光柵，同時還要在X射線相位光柵之后使用另一吸收光柵作為分析光柵。
[0006]為了實現X射線微分干涉相襯成像，首先需要解決的問題是配套的新型X射線管。它所發(fā)射的X射線應具有良好的空間相干性、高的輻射通量和寬的發(fā)射角。這種X射線管或者通過電子束或離子束轟擊結構陽極，或者通過結構電子束或離子束轟擊無結構陽極，形成呈平行線排列的X射線的線狀發(fā)射體。各線狀發(fā)射體發(fā)出的X射線束具有大的發(fā)射角，因而各射線束相互交疊共同作用于物體，滿足成像光照的要求。以上所述的X射線管已經被深圳大學研究設計成功，可以參考中國專利《一種新型X射線管及其制作方法》，申請日:2006年9月7日，公開號為CN 1917135A。
[0007]為了實現X射線微分干涉相襯成像，需要解決的另一個問題是在不采用X射線分析光柵的情況下如何完成微分干涉相襯成像中的分析光柵功能。這種分析光柵的功能可由新型X射線探測器完成。此X射線探測器在一維空間上具有周期性結構，其周期結構尺寸同通常的分析光柵；探測器的每個周期由條帶狀的敏感區(qū)和非敏感區(qū)組成，這里的敏感是指對X光敏感。非敏感區(qū)在垂直于周期結構的方向上整個長度對入射的X射線不敏感，而敏感區(qū)在垂直于周期結構的方向上整個長度被分離成許多像素，每個像素對入射的X射線具有高的靈敏度。敏感區(qū)和非敏感區(qū)的寬度之和應嚴格等于X射線干涉條紋的周期。這種X射線探測器同時具備通常分析光柵和通常探測器的雙重功能。以上所述的X射線探測器已經被深圳大學研究設計成功，可以參考中國專利《X射線微分干涉相襯成像系統(tǒng)》，申請日:2008年10月10日，公開號為CN101413905A。
[0008]在中國專利《X射線微分干涉相襯成像系統(tǒng)》所公開的技術方案中，是采用X射線探測器直接探測X射線，其靈敏度較差，分辨率較低，誤差較大；此外，現有技術的X射線成像系統(tǒng)是用金材料制成吸收光柵器件，其成本較高、價格昂貴。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種X射線光柵成像系統(tǒng)，有效解決現有技術中存在的靈敏度較差、分辨率較低、誤差較大、成本較高等技術問題。
[0010]為實現上述目的，本發(fā)明提供一種X射線光柵成像系統(tǒng)，包括一 X射線管、一吸收光柵、一樣品臺、一相位光柵、一 X射線柵格焚光轉換屏以及一可見光探測器；所述X射線管、所述吸收光柵、所述樣品臺、所述相位光柵、所述X射線柵格熒光轉換屏及所述可見光探測器按照X射線傳播方向依次排序；其中，所述X射線柵格熒光轉換屏包括:至少一透光層，用以透過X射線；至少一波導層，包覆在所述透光層表面，可見光在所述波導層表面實現全反射；以及至少一熒光層，用以將X射線轉換為可見光；其中，至少一透光層及至少一熒光層相間排列且緊密貼合，形成一光柵結構。
[0011]進一步地，所述吸收光柵、所述相位光柵與所述X射線柵格熒光轉換屏皆為平板形狀，所述吸收光柵、所述相位光柵與所述X射線柵格熒光轉換屏彼此平行，所述X射線柵格熒光轉換屏與所述可見光探測器緊密貼合。
[0012]進一步地，所述X射線管與所述吸收光柵的距離為10毫米?80毫米；所述吸收光柵與所述相位光柵的距離為1200毫米?1800毫米；所述相位光柵與所述可見光探測器的距離為80毫米?200毫米；所述X射線柵格熒光轉換屏的長度為10厘米?15厘米，其寬度為10厘米?15厘米，其厚度為100微米?200微米；所述吸收光柵的長度為10厘米?15厘米，其寬度為10厘米?15厘米，其厚度為100微米?200微米。
[0013]進一步地，所述透光層的寬度為3微米?10微米，其深度為100微米?200微米；所述熒光層的寬度為5微米?20微米，其深度為100微米?200微米。
[0014]進一步地，所述透光層的寬度為與所述熒光層的寬度的比例為0.8:1~1.2:1。
[0015]進一步地，所述透光層的材質為硅材料；所述波導層的材質為二氧化硅材料，所述熒光層的材質為X射線熒光物質材料。
[0016]進一步地，所述吸收光柵包括:至少一吸收光柵阻光層，用以阻擋X射線；以及至少一吸收光柵透光層，用以透過X射線及保護所述吸收光柵阻光層；其中，至少一吸收光柵透光層及至少一吸收光柵熒光層相間排列且緊密貼合，形成一光柵結構。
[0017]進一步地，所述吸收光柵阻光層的寬度為20微米?60微米，其深度為100微米?200微米；所述吸收光柵透光層的寬度為5微米?20微米，其深度為100微米?200微米。
[0018]進一步地，所述吸收光柵阻光層的寬度為與所述吸收光柵透光層的寬度的比例為2:1?4:1。
[0019]進一步地，所述吸收光柵阻光層的材質為金屬鉍材料；所述吸收光柵透光層的材質為娃材料。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明提出一種X射線光柵成像系統(tǒng)，利用X射線柵格熒光轉換屏與可見光探測器的組合取代原有的X射線探測器，有效提高系統(tǒng)靈敏度，減小誤差，利用鉍材料吸收光柵取代原有的金材料吸收光柵，降低了光柵的制作難度和加工成本，克服高能X射線的限制。本發(fā)明對于X射線微分相襯成像技術的實用化具有重要的科學意義和實際應用價值，為實現對輕元素組成的大類物質內部結構的無損檢測提供精準、廉價的研究手段。
【附圖說明】
[0021]圖1所示為本發(fā)明實施例1的整體結構示意圖；
圖2所示為本發(fā)明實施例1中吸收光柵的俯視圖；
圖3所示為本發(fā)明實施例1中吸收光柵的正面視圖；
圖4所示為本發(fā)明實施例1中X射線柵格熒光轉換屏的俯視圖；
圖5所示為本發(fā)明實施例1中X射線柵格熒光轉換屏的正面視圖。
[0022]圖中部件標識如下:
1、X射線管，2、吸收光柵，3、樣品臺，4、相位光柵，5、X射線柵格焚光轉換屏，6、可見光探測器；
21、吸收光柵阻光層，22、吸收光柵透光層；
51、透光層，52、波導層，53、焚光層。
【具體實施方式】
[0023]以下參考說明書附圖介紹本發(fā)明的兩個優(yōu)選實施例，證明本發(fā)明可以實施，這些實施例可以向本領域中的技術人員完整介紹本發(fā)明，使其技術內容更加清楚和便于理解。本發(fā)明可以通過許多不同形式的實施例來得以體現，本發(fā)明的保護范圍并非僅限于文中提到的實施例。
[0024]在附圖中，結構相同的部件以相同數字標號表示，各處結構或功能相似的組件以相似數字標號表示。附圖所示的每一組件的尺寸和厚度是任意示出的，本發(fā)明并沒有限定每個組件的尺寸和厚度。為了使圖示更清晰，附圖中有些地方適當夸大了部件的厚度。
[0025]本發(fā)明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是附圖中的方向，只是用來解釋和說明本發(fā)明，而不是用來限定本發(fā)明的保護范圍。
[0026]當某些組件被描述為“在”另一組件“上”時，所述組件可以直接置于所述另一組件上；也可以存在一中間組件，所述組件置于所述中間組件上，且所述中間組件置于另一組件上。當一個組件被描述為“安裝至”或“連接至”另一組件時，二者可以理解為直接“安裝”或“連接”，或者一個組件通過一中