專利名稱：X射線相襯位相差放大成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線相襯技術(shù)，特別是一種X射線相襯位相差放大成像裝置，它的最大優(yōu)勢是可以獲得高的分辨，在醫(yī)學臨床特別是早期癌癥診斷方面，將能獲得廣泛的巨大作用。
背景技術(shù)：
1965年，美國Cornell大學的U.Bonse和M.Hart研制成的第一臺X射線干涉儀，它是由三塊平行的單晶硅構(gòu)成的，如圖1所示，基于晶體衍射原理，第一塊晶體用來作為分束器，第二塊晶體將這兩束X射線復合，由于X射線波長比可見光的要短得多，它們形成的干涉條紋太密，以致不能用肉眼直接觀察，第三塊晶體則解決了這個難題，它將兩束X射線之間的夾角變得很小，幾乎平行，用底片記錄下條紋。
1995年，日立制作所的Atsushi Momose等人首先采用X射線干涉儀研究生物樣品的位相襯度。我們知道，通常在臨床醫(yī)學中，往往用常規(guī)(基于吸收機制)X射線攝影層析術(shù)來判斷生物組織的病變，但對于癌癥的早期診斷卻遇到了困難，這是因為癌變組織在早期與正常組織之間吸收差異非常小，不能形成吸收襯度像，而A.Momose等人發(fā)現(xiàn)對于由氫、碳、氮和氧輕元素組成的軟組織，在硬X射線區(qū)域它們引起的位移移動比吸收襯度截面大三個量級，這樣為X射線相襯成像研究開辟了理論依據(jù)。
A.Momose等人用X射線干涉儀觀察了許多人體組織，例如由于癌變引起的肝硬化、腸癌腫瘤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、乳房癌的軟組織、早期乳房腫瘤等等。
這一研究領(lǐng)域目前取得了許多進展，人們企盼它早日臨床應用，但它面臨著一個亟待解決的問題就是提高分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述在先技術(shù)中的不足，提供一種X射線相襯位相差放大成像裝置，將位相差放大技術(shù)應用到X射線相襯成像中來，可將分辨率提高1～2個量級，為早期癌癥診斷，提供一個有效的工具。
所謂的光學全息位相差放大技術(shù)，是指用一塊干板記錄下含有物體信息的全息圖，然后利用衍射原理重構(gòu)出它們的不同衍射級次的衍射波，再讓它們的共軛波重疊干涉，如此反復循環(huán)，獲得高倍位相差放大。
數(shù)字全息位相差放大技術(shù)繼承了普通光學全息位相差放大技術(shù)的基本思想，但對全息圖的記錄、存儲和重構(gòu)采用了不同的手段，其一是以CCD電荷耦合器代替了全息干板作為記錄介質(zhì)，記錄到的全息圖經(jīng)數(shù)字化處理以后，存儲于計算機中。其二是以數(shù)字傅里葉變換處理取代光學衍射來完成所記錄物場的重構(gòu)，通過對所記錄的全息圖強度分布作快速傅里葉變換運算，獲得其空間頻率分布，從中分離并提取出物光波的頻譜，再經(jīng)逆傅里葉變換運算，便得到物光波復振幅分布。
數(shù)字位相差放大技術(shù)，只是在物場復振幅分布中的相位分布函數(shù)乘上一個整數(shù)因子，例如N，就可以將位相差放大N倍，此時條紋間距代表的是2π/N位相變化，這樣我們可以從條紋圖像獲得更多、更豐富的變化細節(jié)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種X射線相襯位相差放大成像裝置，包括相干的X射線源，其特征是在該相干的X射線源的輸出光路方向設置第一單晶硅片和第二單晶硅片，第一單晶硅片將入射的X射線分成兩束，第二單晶硅片將兩束X射線復合，其中一束X射線穿過待測樣品，在兩束X射線合并相交的位置設有探測器，還有一臺計算機從該探測器獲取X射線全息干涉圖并進行位相顯示和放大。
所說的相干的X射線源是一個同步輻射源，它包含同步輻射裝置及單色儀。
所說的單晶硅片是一塊完美的單晶硅片，X射線經(jīng)過單晶硅片以后，將產(chǎn)生衍射。其中一單晶硅片的作用是將入射的X射線分成兩束，另一單晶硅片的作用是將兩束X射線合并相交并產(chǎn)生干涉。
所說的待測樣品，是生物組織或有機或無機材料。
所說的探測器，是一臺硬X射線波段的CCD相機，用來接收全息干涉圖。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下當X射線源工作以后，X射線入射到單晶硅片上，入射束一部分透過作為A束，還產(chǎn)生正負一級衍射(圖中正一級衍射未畫出)，負一級作為B束，A束和B束經(jīng)過另一單晶硅片以后，又產(chǎn)生各自的透射和衍射束。A束產(chǎn)生的負一級衍射穿過待測樣品和B束產(chǎn)生的正一級衍射，在探測器CCD上產(chǎn)生X射線全息干涉圖，數(shù)字化以后，進入計算機，經(jīng)傅里葉變換、濾波、逆變換，再在位相因子上乘上N倍，就可以獲得由待測樣品引起的并被放大N倍相襯成像圖，呈現(xiàn)在計算機屏幕上，相襯成像的分辨率也可以放大N倍。因此與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的X射線相襯成像位相差放大裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高的優(yōu)點，它可為早期癌癥診斷提供方法和裝置。


圖1為在先技術(shù)中用于相襯成像的X射線干涉儀裝置圖。
圖2為本發(fā)明的X射線相襯位相差放大成像裝置示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的X射線相襯位相差放大成像裝置示意圖如圖2所示，它是由六部分組成相干的X射線源1，單晶硅片2和3，待測樣品4，探測器5，計算機6。
所說的相干的X射線源1是一個同步輻射源，它包含同步輻射裝置及單色儀。
所說的單晶硅片2和3是一塊1cm×1cm×1mm(長×寬×高)完美的單晶硅片，X射線經(jīng)過單晶硅片2和3以后，將產(chǎn)生衍射。單晶硅片2的作用是將入射的X射線分成兩束，單晶硅片3的作用是將兩束X射線合并相交并產(chǎn)生干涉。
所說的待測樣品4，是生物組織或有機或無機材料。
所說的探測器5，是一臺硬X射線波段的CCD相機，用來接收全息干涉圖。
所說的計算機6是一臺用來對X射線全息干涉圖形進行位相顯示和放大的機器。
本發(fā)明X射線相襯位相差放大成像裝置的工作原理和基本過程是當X射線源1工作以后，X射線入射到單晶硅片2上，入射束一部分透過作為A束，還產(chǎn)生正負一級衍射(圖中正一級衍射未畫出)，負一級作為B束，A束和B束經(jīng)過單晶硅片3以后，又產(chǎn)生各自的透射和衍射束。A束產(chǎn)生的負一級衍射穿過樣品4和B束產(chǎn)生的正一級衍射，在探測器5CCD上產(chǎn)生全息干涉圖，數(shù)字化以后，進入計算機6，經(jīng)傅里葉變換、濾波、逆變換，再在位相因子上乘上N倍，就可以獲得由樣品4引起的并被放大N倍相襯成像圖，呈現(xiàn)在計算機屏幕上，相襯成像的分辨率也可以放大N倍。
權(quán)利要求
1.一種X射線相襯位相差放大成像裝置，包括相干的X射線源(1)，其特征是在該相干的X射線源(1)的輸出光路方向設置第一單晶硅片(2)和第二單晶硅片(3)，第一單晶硅片(2)將入射的X射線分成兩束，第二單晶硅片(3)將兩束X射線復合，其中一束X射線穿過待測樣品(4)，在兩束X射線合并相交的位置設置探測器(5)，一臺計算機(6)從該探測器(5)獲取X射線全息干涉圖并進行位相顯示和放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線相襯位相差放大成像裝置，其特征是所說的相干的X射線源(1)是一個同步輻射源，它包含同步輻射裝置及單色儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線相襯位相差放大成像裝置，其特征是所述的探測器(5)是一臺硬X射線波段的CCD相機。
全文摘要
一種X射線相襯位相差放大成像裝置，包括相干的X射線源，其特征是在該相干的X射線源的輸出光路方向設置第一單晶硅片和第二單晶硅片，第一單晶硅片將入射的X射線分成兩束，第二單晶硅片將兩束X射線復合，其中一束X射線穿過待測樣品，在兩束X射線合并相交的位置設有探測器，還有一臺計算機從該探測器獲取X射線全息干涉圖并進行位相顯示和放大。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高的優(yōu)點，它可為早期癌癥診斷提供一種有效的裝置。
文檔編號G01N23/00GK1560613SQ20041001672
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所