专利名称：微焦点x射线相衬成像的实验平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验装置，特别涉及一种微焦点X射线相衬成像的实验平台。
背景技术：
在过去的100多年里，基于吸收衬度机制的传统X射线成像技术，已经在医学、材 料科学、工业无损检测等领域中获得了极其广泛的应用。然而对于以轻元素为主的样品而 言，由于轻元素对X射线几乎没有吸收或者只有很少的吸收，或者当不同轻元素之间的吸 收差别很小，从而造成针对这些材料的常规吸收成像效果不佳。而X射线相位衬度成像采 用完全不同的成像机制，它是通过检测样品对X线相位改变的程度来进行成像的，完全改 变了传统的对X线吸收强度的检测，是一种研究弱吸收样品材料的新方法，其空间分辨率 可达到微米级，是对密度相差不大的生物软组织、轻元素样品进行成像的一项新技术。近 年来，该方法在临床医学上的应用研究也越来越引起人们的重视，包括对乳腺组织、肿瘤组 织、血管系统、呼吸系统等方面的高分辨率成像研究。X射线相位衬度成像根据成像机制的不同，通常有三种不同的方法X射线干涉成 像、衍射增强成像和类同轴全息成像。相位衬度成像主要依赖于X射线的折射作用，与X射 线的吸收无关，从而减少样品对X射线的吸收剂量，达到减少对生物组织的辐射损伤的效 果。其中类同轴X射线相衬成像对光源的空间相干性要求较高，以前的绝大部分研究都是 基于同步辐射光源进行的，但这种基于同步辐射光源的应用在实际中会受到实验装置的很 大限制。自从S. ff. ffilkins等人首次成功采用微聚焦X射线管所产生的多色X射线源进行 相衬成像研究以来，借助微焦点X线球管，采用这种微焦点X线相衬成像原理进行各种应用 研究，正越来越得到大家的认可。因为它对成像装置要求较为简单，主要由微焦点X射线 源、样品放置台、图像接收装置组成，但是在实验中经常需要对上述三个装置之间的距离进 行反复调节，因此，这就需要一个合适的实验平台来承载上述三个实验装置，同时也能方便 地调节各个相关的实验参数。
发明内容本实用新型是针对成像装置中承载平台不能满足实验调节需要的问题，提出了一 种微焦点X射线相衬成像的实验平台，以合理地放置相关的实验装置，方便地调节相关的 实验参数，从而使整个实验装置更紧凑、更容易操作，以便于更好地完成各种微焦点X线相 衬成像实验。本实用新型的技术方案为一种微焦点X射线相衬成像的实验平台，实验平台上 面平行固定第一控制螺杆和第二控制螺杆，样品平台垂直固定在控制螺杆上方，探测器平 台垂直固定在控制螺杆上方，样品平台上面固定第三控制螺杆，第三控制螺杆垂直与第一 控制螺杆和第二控制螺杆，样品转台固定在第三控制螺杆上方，通过控制第一、二、三螺杆可以分别控制样品平台、探测器平台和样品转台沿螺杆方向移动，实验平台底部两边装有 固定滑轨。所述样品转台内部放置一个马达，控制样品转台旋转角度。本实用新型的有益效果在于本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台，此 实验平台避免了采用同步辐射源的条件约束，从而可以在普通实验室里进行相衬成像方面 的实验；该实验平台合理整合了相关实验装置于一体，提供了方便灵活的操作方式和成像 参数的调节方式，能适应不同种类、不同尺寸的样品、不同实验效果的调节要求；样品转台 转动功能和移动功能的分离控制实现，可以为进一步的相位CT扫描实验提供条件。
图1为本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台工作原理图；图2为本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台示意图；图3为本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台俯视示意图；图4为本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台螺杆和滑轮结构示意图；图5为本实用新型微焦点X射线相衬成像的实验平台样品转台内部结构示意图。
具体实施方式
要建立一套普通的X射线相衬成像实验系统，采用微焦点源的X射线相衬成像方 式，是一项可行的实验方案，根据菲涅耳衍射理论，其工作原理可表示为如下图1所示。与 之相对应的实验平台示意图如下图2所示，从图中可以看出，该成像方法的实验平台基本 配置包括微焦点X射线源C、样品平台B、图像探测器A。其中成像的两个主要参数分别 是源物距R1、物像距R2、其成像物理基础可以由菲涅尔衍射推导得到，探测器所检测到的
像面光强分布可表示为/d=/。(l-^"V>(x,y))，其中M = (R1+R2)/R1是放大倍数，I。为
M
物面上的光强值，由此可见，在像平面上的光强分布正比于样品对X线相移的二阶微分，也 即是正比于样品内部电子密度的二阶微分，因此，微焦点X线相衬成像对样品内部密度变 化的结构边界显像更为敏感。因此，X射线相衬成像能够对样品内部不同结构的边缘部分 进行清晰成像。根据上述成像原理，本实用新型设计了一个一体化的实验平台，以合理地放置上 述相关的实验装置，并使得对成像参数的调节和操作，变得更为方便和精确，从而可以完成 实验当中所需要的各项操作，该实验平台侧视图如图2所示。由于微焦点X射线源本身是 固定在实验平台之外的，所以从图2可以看出，本实验平台主要包括5个部分如图3、4、5 所示，放置样品转台的样品平台1 ；放置探测器的探测器平台2 ；控制螺杆4、5、6 ；固定滑轨 7放置在实验平台3底部两边，用于承载并且和螺杆一起滑动相应的平台，以实现样品平台 和探测器平台的紧密结合又能够分别控制；样品转台8，用于放置、更换和旋转样品，在这 个样品转台内部可以放置一个马达，可用于使样品旋转一定的角度。实验平台3上面平行 固定控制螺杆4、5，样品平台1垂直固定在控制螺杆4上方，探测器平台2垂直固定在控制 螺杆5上方，样品平台1上面固定控制螺杆6，控制螺杆6垂直与控制螺杆4、5，样品转台8 固定在控制螺杆6上方，通过控制螺杆4、5、6可以分别控制样品平台1、探测器平台2和样
4品转台8沿螺杆方向移动。在成像方法中，源物距R1和物像距R2之间的关系对成像尤其重要，因此该实验平 台的设计主要是可以实现以下几个方面的功能1、提供放置和更换探测器的平台，提供放 置、更换和控制样品的平台；2、对样品平台的移动控制，包括X轴方向的150厘米的移动范 围，Y轴方向的60厘米的移动范围；3、对探测器平台的移动控制，主要是在X轴方向的150 厘米的移动范围；4、对样品转台的转动和高度调节控制，包括360度的绕垂直轴线的旋转， 上下10厘米的升降控制。功能2和功能4相结合就可以对实验样品实现三轴移动和旋转 控制，因此整个实验平台可以方便地实现在相衬成像中几何参数的控制操作。实验平台操作通过电机带动螺杆4，在相应另一侧固定滑轮的配合下，可以带动 样品平台前后位置的移动，从而实现参数R1的调节；通过电机带动螺杆5，在相应另一侧固 定滑轮7的配合下，可以带动探测器平台前后位置的移动，从而实现参数R2的调节；通过电 机带动螺杆6，可以带动放有样品转台8的栽物平台左右位置的移动，从而实现对样品中心 位置的调整，并方便样品的更换；将样品转台8放置在附图3中的样品平台1的位置上，通 过放置在样品转台内部的电机带动样品台转动，从而使样品旋转一定的角度。
权利要求一种微焦点X射线相衬成像的实验平台，其特征在于，实验平台(3)上面平行固定第一控制螺杆(4)和第二控制螺杆(5)，样品平台(1)垂直固定在控制螺杆(4)上方，探测器平台(2)垂直固定在控制螺杆(5)上方，样品平台(1)上面固定第三控制螺杆(6)，第三控制螺杆(6)垂直与第一控制螺杆(4)和第二控制螺杆(5)，样品转台(8)固定在第三控制螺杆(6)上方，通过控制第一、二、三螺杆(4、5、6)可以分别控制样品平台(1)、探测器平台(2)和样品转台(8)沿螺杆方向移动，实验平台(3)底部两边装有固定滑轨(7)。
2.根据权利要求1所述微焦点X射线相衬成像的实验平台，其特征在于，所述样品转台 (8)内部放置一个马达，控制样品转台(8)旋转角度。
专利摘要本实用新型涉及一种微焦点X射线相衬成像的实验平台，通过控制第一、二、三螺杆可以分别控制位于相应螺杆上方的样品平台、探测器平台和样品转台沿螺杆方向移动，实验平台底部两边装有固定滑轨，用于承载并且和螺杆一起滑动相应的平台。此实验平台避免了采用同步辐射源的条件约束，从而可以在普通实验室里进行相衬成像方面的实验；该实验平台合理整合了相关实验装置于一体，提供了方便灵活的操作方式和成像参数的调节方式，能适应不同种类、不同尺寸的样品、不同实验效果的调节要求；样品转台转动功能和移动功能的分离控制实现，可以为进一步的相位CT扫描实验提供条件。
文档编号G01N23/04GK201622252SQ20102013991
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者吴健, 张学龙, 武杰, 金倞, 陈家璧 申请人:上海理工大学