X射线相衬成像-上海光机所.PDF

维普资讯 第225卷 第2期 物 理 学 进 展 V01．25．No．2 2005年6月 PR0GRESSINPHYSI( June．，2005 文章编号：1000_0542(2005)02-0175—20 X射线相衬成像 陈建文，高鸿奕，李儒新，干慧菁，朱化凤，谢红兰，徐至展 (中科院上海光学精密机械研究所，上海20180o) 摘 要：本文介绍了近年来x射线位相衬度成像技术的发展状况，详细论述了x射线干涉相 衬、衍射增强相衬，类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理，讨论了影响成像衬度与分 辨率的若干因素，并对位相成像的发展趋势作了展望。 关键词：位相衬度；衍射增强相衬；x射线干涉；x射线 中图分类号：：0434．14；4034．19；4036．1；4038．2 文献标识码：A 0 引言 在过去的100年里，传统的基于吸收衬度机制的x射线成像技术，已经在临床医学、生命 科学、材料科学、信息科学以及许多工业应用领域中获得了极其广泛的应用。现在，x射线透 视、x射线层析成像已经家喻户晓，它几乎和我们每一个人的生活都息息相关，毫不夸张地说， X射线成像技术挽救了成千上万人的生命。然而，这种基于吸收机制的X射线成像技术，不 …¨¨…¨¨…¨…¨¨…¨¨…¨¨…¨¨三≥I眦 仅分辨率较低，而对于以轻元素构成的材料而言，由于材料的弱吸收，或者没有吸收，成像的衬 度非常低，因此现实生活向人们提出了新的研究课题，如何对轻元素这类材料进行成像。 位相衬度X射线成像从一个完全不同的机 (a) 制上解决了对轻元素材料成像的问题。 当x射线通过一个样品时，它的振幅因为x 射线被吸收而减弱，它的位相由于样品不同部分 的相速差异而发生偏移，如图1(a)所示。波前因 为位相偏移而产生畸变，这意味着光波传播方向图1(a)当x射线经过样品时x射线波发生位 的改变，如图l(b)所示，箭头表示位相的梯度方 相漂移的示意图。(b)位相漂移导致X射 向。下面我们将证明这种畸变的波面能以可观察 线波前发生畸变，x射线传播方向改变 的强度变化显示出来。 当x射线通过样品以后，就像在普通光学中一样，它们的特性可以采用复折射率来描述 收稿日期：2005-04—10 基金项目：国家自然科学基金(No和上海市光科技基金(No．O361O5028)资助 通讯地址：上海800—211信箱。E-mail：j—w—chen@yahoo．coin E-mail：gaohy@mail．shcnc．ac．cn 维普资讯 176 物 理 学 进 展 25卷 在X射线区域，折射率 是一个略小于 1的数，可以写成： = 1一 —ip (1) 式中，代表吸收项，代表着折射效应的相移项： = (2) 儿 = (3) 式中， 是元素k的原子密度。P是相移横截面。从(2)和(3)可以知道，物质的密度差 异和