X射线光栅成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学设备，特别是一种X射线光栅成像系统。
【背景技术】
[0002]无损伤成像探测技术在医学、生命科学、材料科学、工业应用及安检等领域有着广泛的应用，X射线成像是其中最重要的方法之一。传统的X射线成像是基于物体对X射线的吸收特性而实现的，它利用物体内部不同部位对X射线的吸收不同形成衬度图像。当利用X射线对弱吸收物体即轻元素构成的物体成像时，由于物体各部分对输入的X射线吸收很少，彼此之间所表现出的吸收差异不能形成探测器可识别的吸收衬度，无法获取足够对比度的吸收图像。特别是在医学和生物学领域，如人体的血管、乳房组织、空腔器官组织、月中瘤等等由轻元素为主组成的软组织都是弱吸收物体，传统的X射线吸收成像方法难以获得高对比度图像。在医学领域人们只能获得由重元素组成的像骨组织的高对比度吸收图像。
[0003]X射线相衬成像是利用X射线透过检测物体时，不同部位X射线相位发生的变化形成图像对比度来实现成像的。由于轻元素组成的物质的相移因子比吸收因子高三个数量级以上，X射线通过物体后由于相移导致的强度变化要比吸收导致的强度变化大很多。例如，X射线相衬技术在理论上可分辨密度变化为0.0003-0.002g/cm3的不同组织边界，空间分辨率可小于1 μπι。目前被认为是软组织医用检查最好的方法一一MRI，可分辨的密度变化为0.01g/cm3,空间分辨率仅为1 一2mm。而且X射线相衬成像探测到的是相位信息，可以减少样品对X射线的吸收，还可提高所获得的图像的对比度和分辨率，显然这对人体而言是十分有益的。
[0004]实现X射线相衬成像需要相干性好、辐射通量高的X射线源。同步辐射源在一定程度上可满足这种要求，目前许多X射线相衬成像实验都是在同步辐射源上完成的。但同步辐射源体积庞大、成本昂贵，不便或无法应用于许多实际场合。尤其对人体相衬成像而言，现有的同步辐射源难以提供所必需的40-70keV的光子能量。
[0005]基于X射线管的X射线相衬成像技术主要是基于光栅的微分干涉相衬成像技术。是利用普通所用的低亮度X射线管为光源的微分干涉相衬成像技术。为了使所用的X射线源满足一维空间相干性，上述方法必须在所使用的低亮度X射线管之后引入一 X射线吸收光栅，同时还要在X射线相位光栅之后使用另一吸收光栅作为分析光栅。
[0006]为了实现X射线微分干涉相衬成像，首先需要解决的问题是配套的新型X射线管。它所发射的X射线应具有良好的空间相干性、高的辐射通量和宽的发射角。这种X射线管或者通过电子束或离子束轰击结构阳极，或者通过结构电子束或离子束轰击无结构阳极，形成呈平行线排列的X射线的线状发射体。各线状发射体发出的X射线束具有大的发射角，因而各射线束相互交叠共同作用于物体，满足成像光照的要求。以上所述的X射线管已经被深圳大学研究设计成功，可以参考中国专利《一种新型X射线管及其制作方法》，申请日:2006年9月7日，公开号为CN 1917135A。
[0007]为了实现X射线微分干涉相衬成像，需要解决的另一个问题是在不采用X射线分析光栅的情况下如何完成微分干涉相衬成像中的分析光栅功能。这种分析光栅的功能可由新型X射线探测器完成。此X射线探测器在一维空间上具有周期性结构，其周期结构尺寸同通常的分析光栅；探测器的每个周期由条带状的敏感区和非敏感区组成，这里的敏感是指对X光敏感。非敏感区在垂直于周期结构的方向上整个长度对入射的X射线不敏感，而敏感区在垂直于周期结构的方向上整个长度被分离成许多像素，每个像素对入射的X射线具有高的灵敏度。敏感区和非敏感区的宽度之和应严格等于X射线干涉条纹的周期。这种X射线探测器同时具备通常分析光栅和通常探测器的双重功能。以上所述的X射线探测器已经被深圳大学研究设计成功，可以参考中国专利《X射线微分干涉相衬成像系统》，申请日:2008年10月10日，公开号为CN101413905A。
[0008]在中国专利《X射线微分干涉相衬成像系统》所公开的技术方案中，是采用X射线探测器直接探测X射线，其灵敏度较差，分辨率较低，误差较大；此外，现有技术的X射线成像系统是用金材料制成吸收光栅器件，其成本较高、价格昂贵。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供一种X射线光栅成像系统，有效解决现有技术中存在的灵敏度较差、分辨率较低、误差较大、成本较高等技术问题。
[0010]为实现上述目的，本发明提供一种X射线光栅成像系统，包括一 X射线管、一吸收光栅、一样品台、一相位光栅、一 X射线栅格焚光转换屏以及一可见光探测器；所述X射线管、所述吸收光栅、所述样品台、所述相位光栅、所述X射线栅格荧光转换屏及所述可见光探测器按照X射线传播方向依次排序；其中，所述X射线栅格荧光转换屏包括:至少一透光层，用以透过X射线；至少一波导层，包覆在所述透光层表面，可见光在所述波导层表面实现全反射；以及至少一荧光层，用以将X射线转换为可见光；其中，至少一透光层及至少一荧光层相间排列且紧密贴合，形成一光栅结构。
[0011]进一步地，所述吸收光栅、所述相位光栅与所述X射线栅格荧光转换屏皆为平板形状，所述吸收光栅、所述相位光栅与所述X射线栅格荧光转换屏彼此平行，所述X射线栅格荧光转换屏与所述可见光探测器紧密贴合。
[0012]进一步地，所述X射线管与所述吸收光栅的距离为10毫米?80毫米；所述吸收光栅与所述相位光栅的距离为1200毫米?1800毫米；所述相位光栅与所述可见光探测器的距离为80毫米?200毫米；所述X射线栅格荧光转换屏的长度为10厘米?15厘米，其宽度为10厘米?15厘米，其厚度为100微米?200微米；所述吸收光栅的长度为10厘米?15厘米，其宽度为10厘米?15厘米，其厚度为100微米?200微米。
[0013]进一步地，所述透光层的宽度为3微米?10微米，其深度为100微米?200微米；所述荧光层的宽度为5微米?20微米，其深度为100微米?200微米。
[0014]进一步地，所述透光层的宽度为与所述荧光层的宽度的比例为0.8:1~1.2:1。
[0015]进一步地，所述透光层的材质为硅材料；所述波导层的材质为二氧化硅材料，所述荧光层的材质为X射线荧光物质材料。
[0016]进一步地，所述吸收光栅包括:至少一吸收光栅阻光层，用以阻挡X射线；以及至少一吸收光栅透光层，用以透过X射线及保护所述吸收光栅阻光层；其中，至少一吸收光栅透光层及至少一吸收光栅荧光层相间排列且紧密贴合，形成一光栅结构。
[0017]进一步地，所述吸收光栅阻光层的宽度为20微米?60微米，其深度为100微米?200微米；所述吸收光栅透光层的宽度为5微米?20微米，其深度为100微米?200微米。
[0018]进一步地，所述吸收光栅阻光层的宽度为与所述吸收光栅透光层的宽度的比例为2:1?4:1。
[0019]进一步地，所述吸收光栅阻光层的材质为金属铋材料；所述吸收光栅透光层的材质为娃材料。
[0020]本发明的优点在于，本发明提出一种X射线光栅成像系统，利用X射线栅格荧光转换屏与可见光探测器的组合取代原有的X射线探测器，有效提高系统灵敏度，减小误差，利用铋材料吸收光栅取代原有的金材料吸收光栅，降低了光栅的制作难度和加工成本，克服高能X射线的限制。本发明对于X射线微分相衬成像技术的实用化具有重要的科学意义和实际应用价值，为实现对轻元素组成的大类物质内部结构的无损检测提供精准、廉价的研究手段。
【附图说明】
[0021]图1所示为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2所示为本发明实施例1中吸收光栅的俯视图；
图3所示为本发明实施例1中吸收光栅的正面视图；
图4所示为本发明实施例1中X射线栅格荧光转换屏的俯视图；
图5所示为本发明实施例1中X射线栅格荧光转换屏的正面视图。
[0022]图中部件标识如下:
1、X射线管，2、吸收光栅，3、样品台，4、相位光栅，5、X射线栅格焚光转换屏，6、可见光探测器；
21、吸收光栅阻光层，22、吸收光栅透光层；
51、透光层，52、波导层，53、焚光层。
【具体实施方式】
[0023]以下参考说明书附图介绍本发明的两个优选实施例，证明本发明可以实施，这些实施例可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0024]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0025]本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。
[0026]当某些组件被描述为“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接置于所述另一组件上；也可以存在一中间组件，所述组件置于所述中间组件上，且所述中间组件置于另一组件上。当一个组件被描述为“安装至”或“连接至”另一组件时，二者可以理解为直接“安装”或“连接”，或者一个组件通过一中