相衬x射线成像设备及其相位光栅的制作方法_4

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栅Gi的这些实施例,在每种情况下,通过模拟确定光栅61在根据图1的 设备2中的光学特性。
[0093] 假定用于距离doi和di2的固定值 1,000mm和200mm(d〇i = 1,000mm;di2 = 200mm)。光栅 常数P〇,pdPp2在单个模拟中进行改变。特别地,灵敏度S据此与灵敏度因子f的平方根成比 例。部分地,可替换地,假定用于相干光栅Go的占空比为30%。对应的模拟由标号"V30"标 识。部分地,可替换地,假定用于相干光栅Go的占空比为50%。对应的模拟由标号"V50"标 识。假定点状辐射源作为进一步的备选。这些模拟由标号"V0"标识。
[0094] 总是假定用于X射线源4的钨阳极和100kVp(峰值千伏电压)的X射线电压用于模 拟。部分地,未经滤波的X射线光谱被划分为3keV步骤,形成模拟的基础。这些模拟由后缀 "U"标识。部分地,通过200μπι的铼(Re)滤波器滤波被照射的X射线辐射,随后假定20μπι金 (Au)过滤器。这些模拟由后缀标识。经滤波的辐射的光谱同样还被划分成3keV步骤。 [0095]因此,标号"V50F"表示基于用于相干光栅Go的经滤波的X射线辐射和50%的占空 比的模拟。
[0096]对于模拟,假定X射线检测器6是量子计数探测器。
[0097]总是假定62keV的X射线辐射的设计能量。
[0098]对于用于相位光栅Gi的复杂的光栅结构的结构化发展,借助于模块化整数运算 (模数N,其中,Ν=2,3,4··_)计算在设计能量处得到所需的干涉图案所需的穿透横向表面10 的X射线辐射的部分射束的相位偏差。就此而言,得知对于Ν=4,8和14,产生特别简单的规 则相位偏差序列。因此,待生成的布局的横向表面10首先被细分成在y方向上取向的平行的 布局条纹,其中,一组4,8或14的布局条纹分别在一个或两个光栅周期pi内沿X方向延伸, 即,取决于布局所需的衍射特性。根据在它们的计算中假定的除数N的值,布局在下文被提 供有基本标号"%4"、"%8"或"% 14"。
[0099]所计算的相位偏差与这些布局条纹的每个布局条纹相关联,并且然后这被转换成 用于布局的对应的材料高度h。
[0100] 布局条纹不必与成品布局的光栅条纹12相同。相反,多个相邻的布局条纹可以提 供有相同的相位偏差,并且因此形成了共享的光栅条纹12。
[0101] 取决于相位光栅6:的相应的实施例是否生成干涉最大值(在沿着z轴的投影中)以 便相对于布局条纹或在两个布局条纹之间居中,相位光栅Gi的上述基本标号后面是字母 "c"(对于"中心")或"b"(对于"边界")中的其中一个。
[0102] 如果生成(本质上或由于光栅常数P0的减少、通过相位光栅6!每光栅周期Pl)多个 干涉最大值,则该多数由缩写"x2"(每个光栅周期 ?1最大值为2)、"x3"(每个光栅周期?1最大 值为3)等在字母"c"或"b"后面的光栅或模拟标号中进行标注。
[0103] 关于单个Talbot距离中的相位光栅Gi的灵敏度因子f的值的信息在光栅或模拟标 号中遵循这点,例如,1.00 (对于在d12 = dT时,f = 1.00)。
[0104] 如果相位光栅GiWTalbot距离的倍数使用,则这由再次放置在端处的缩写"x2" (对于d12 = 2 · dT)、"x3"(对于d12 = 3 · dT)等指示。就此而言,应当考虑,使用复杂的相位光 栅61,距离d12还可以与Talbot距离具有奇数关系,例如,"x0.57"(对于d 12 = 0.57 · dT)。实际 灵敏度因子f由指示用于单个Talbot距离和相对于Talbot距离的距离d12的值的乘积产生。 因此从信息"1.00x3"中得出f = 1.00 · 3 = 3。
[0105] 如果相位光栅&是多级的,则级的数目由缩写"L3"(对于三级光栅)、"L4"(用于四 级光栅)等标注。二元光栅在这种情况下可以任选地由缩写"L2"指示。然而,一般来说,在二 元光栅的标号中省略关于级的数目的信息。
[0106] 示例性光栅或模拟标号" %8CX2j.00x3_L3"表征以这种方式指定的相位光栅&, 并且因此,随其实施的模拟,就此而言,相位光栅Gi:
[0107] -具有由每个具有恒定的材料高度h(%8)的8个布局条纹的周期序列形成的布局,
[0108] -每光栅周期pi生成两个条纹居中的干涉最大值(cx2)
[0109] -对于单个Talbot距离,具有灵敏度因子k = 1.00,
[0110] -被模拟三倍的Talbot距离,从该Talbot距离中产生实际灵敏度因子k=l.00 · 3 =3.00,以及 -是三级的(L3),即,在材料高度的三个不同水平之间波动。
[0112] 为了实现明确的标号,有时进一步的后缀(例如"inv"、"inV-100"、"inv-200"S "adj-100")被添加到以这种方式解释的标号中,并且这些会标识相同光栅类型的不同修 改。
[0113]图7至图17示出了如下文所图示的对于其中已经模拟了相位光栅Gi的光学特性所 选择的布局。相应的布局的特性详细遵循TAB 1.1和TAB 1.2(附件1)。在TAB 2.1(附件2)中 详细列出相应的模拟的边界条件。在TAB 3.1到TAB 3.3(附件3)中汇总从模拟获得的布局 的性能数据。
[0114] 图7中所示的相位光栅Gi的布局基于标号为"%4c___0.50"的模拟。这里,相位光 栅Gi是二元π/2光栅。
[0115] 图8中所示的相位光栅G!的布局基于标号为"%4cx2_0.50"、"%4cx2_0.50x3"、 "%4cx2_0 · 50x5"、"%4cx2_0 · 50x7"和"%4cx2_0 · 50x9" 的模拟。这里,相位光栅Gi是二元Jr 光栅。
[0116] 图9中所示的相位光栅G!的布局基于标号为"% 8c__0.25_L2"和"% 8cx2 j . 00_ L2"的模拟。然而这里,相位光栅Gi同样是其中相邻的光栅条纹12具有不同的条纹宽度&的 二元光栅。
[0117] 图10至图12中示出的相位光栅Gi的布局基于标号" %8cx2_1.00x3_L3_inv_100" 或"%8cx2-1 · 00x3_L3_inv-200"或"%8cx2-1 · 00x3_L3_adj-100" 的模拟。图 10至图 12中 所图示的布局与相同光栅类型的三个修改(即,在设计波长Ad具有相同的光学特性的相位 光栅Gi)相对应。
[0118] 所有的三种布局各自再现从八个布局条纹(每个光栅周期讲四个布局条纹)产生 的三级光栅,其中,通过对各个光栅条纹12中的材料高度h增加或降低高度间隔Δ1ι = δ · λ0 并且同等增加所有光栅条纹12中的材料高度h来彼此推导出各个修改。
[0119] 具体地,从相位偏差序列为(1,0,2,0)/2 · 2JT并且宽度为(2,1,4,1)/8*?1的四个 布局条纹产生每个光栅周期Pi根据图10的布局("%8cx2_1.00x3_L3_inv100 ")(参见附件 1中的TAB 1.1)。
[0120] 通过增加第三布局条纹(这里,在每种情况下,与布局的第三光栅条纹12相同)的 材料高度h,从根据图10的布局("%8CX2__1.00 X3_L3_inv-100")推导出根据图11的布局 ("%8cx2_l. 00x3_L3_inv-200"),导致增加2JT的相位偏差。因此,相位偏差序列从(1,〇,2, 0)/2 · 2JT改变为(1,〇,4,0)/2 · 2jt(参见附件 1 中的TAB 1.1)。
[0121] 再次从根据图11的布局("%8cx2__1.00x3_L3_inv-200")推导出根据图12的布局 ("%8cx2-1.00x3_L3_adj-100")如下:
[0122] -在第一步骤中,首先在数学上均匀地增加所有的布局条纹和光栅条纹12)的材料 高度h,导致增加 π的相位偏差。因此,相位序列(1,0,4,0)/2 · 2JT迀移到(2,1,5,1)/2 · 2JT。
[0123] -在第二步骤中,然后在数学上减少第一布局条纹和第三布局条纹(分别与第一和 第三光栅条纹12相对应)的材料高度h,导致减少2JT的相位偏差。因此,相位偏差序列(2,1, 5,1)/2 · 2JT迀移到(〇,1,3,1)/2 · 2jt(参见附件 1中的TAB 1.1)。
[0124] 如上文所图示的,相位光栅Gi在设计波长光学特性保持不受布局的这些修改 影响。
[0125] 图13和图14图示了其中光栅网14提供有扭结DK的根据图12的布局("%8cx2__ 1.00x3_L3_adj-100")的变型。相对于连续光栅条纹12的相位偏差和相位光栅6:的光学特 性,根据图13和图14的布局与根据图12的布局相同。
[0126] 图15中所不的相位光概Gi的布局基于标号为"% 14b___0.14___L4_inv"、"% 14bx2_0 · 57__L4_inv" 和"% 14bx2_l · 29__L4_inv" 的模拟。图 16和图 17中所示的布局分 别基于标号为 "% 14bx2_0 · 57x2 · 5_L4" 和"% 14bx3_l · 29x1 · 33_L4" 的模拟。
[0127] 图18中的顶图示出了每个光栅周期?1具有连续光栅条纹(0,1,4,1)/8*23!的相位 偏差序列的三级相位光栅Gi的干涉图案。由X方向上的相位光栅Gi衍射的X射线辐射的强度 特点特别在这里示出,如同从模拟"%8c___0.25_L3"产生的一样。标绘的是用于设计能量 62keV(实线)的强度特点,以及用于偏离56keV(虚线)和50keV(点虚线)的X射线辐射的量子 能量的强度特点。在相同的视图中,图18中的中间曲线图示出了对于具有二元比较光栅(诸 如在"% 8cx2_l. 00_L2"中,但是其中,ρο = 21.9μπι)的模拟"% 8c__0 · 25_L2"产生的干涉图 案。
[0128] 根据图18中的顶部曲线图,在设计能量处,三级光栅("%8(3_0.25_1^3")照亮具有 与分析光栅G2的光栅常数P2的四分之一相对应的宽度的条纹。干涉最大值之间的中心相对 较暗。然而,为了偏离量子能量,干涉最大值显著扩展。因此,多色强度轮廓的"肩部"形成接 近干涉最大值。
[0129] 根据图18的中间曲线图,简化的二元光栅("%8c__0.25_L2")的干涉图案展现密 集干涉最大值之间的中心中的更弱次级最大值。反过来,主最大值和次级最大值之间的区 域比尽管在上部曲线图中的更暗(换言之,干涉最大值具有较窄的"肩部")。
[0130]如果二进制光栅由具有一半的光栅常数po的相干光栅Go("%8cX2_1.00_L2")照 亮,则产生图18的底部曲线图中所示的干涉图案,并且这特征在于一半的p2周期。从相干光 栅Go发出的所衍射的部分射束R的主最大值和次级最大值在该干涉图案中交替重叠,由此 实现了多色强度的良好可见性和狭窄的"
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