具有分析功能X射线微分相衬探测器研究

X射线相衬技术应用于医学，将为癌症早期诊断提供有力的探测手段，X射线微分相衬是最具有潜力走向实用的相衬成像技术，其干涉条纹探测方法是其关键技术之一。本研究项目提出一种新型具有分析功能的X射线探测器用于探测微分相衬成像干涉条纹，不再需要高效率吸收光栅放置于X射线探测器前，克服利用吸收光栅相衬系统吸收光栅制作困难、探测面积小、难以高能量成像等缺点。项目主要研究内容包括：1）特殊周期阵列转换屏探测微分干涉条纹原理研究；2）阵列转换屏结构优化设计；3）利用蒙特卡洛方法分析探测器效率，设计出高效率转换屏结构。该种探测器创新性在于：探测效率高、系统复杂度低、适用成像光子能量高，结合阵列光源的使用，微分相衬系统不再需要吸收光栅，同时可作为高空间分辨率X射线探测器使用。该项目研究为微分相衬技术的实用化奠定基础，且目前国外没有该种探测方法及该类型探测器报道。

在成像技术中，X射线成像的发现具有无可估量的价值，它在医学检查、工业无损探伤、安检等领域一直发挥着重要的作用。弱吸收物体成像时，由于各个部分吸收差异很小，难以形成很好的吸收衬度。X射线相衬成像是近十多年来发展较快的一种新的成像方法，它利用X射线经过物体后产生的相位变化对物体进行成像，是对常规X射线图像一次质的飞跃，适合于弱吸收物体的图像诊断。近年来，已发展多种X射线相衬成像技术，基于光栅的微分相衬成像最有希望走向应用。.微分相衬成像一般在图像探测器前放置一个分析光栅，同相位光栅干涉条纹形成莫尔条纹，以降低对探测器分辨率要求。此分析光栅吸收效率极大影响莫尔条纹对比度，进而影响图像质量。而基于吸收的分析光栅效率不可能达到100%，尤其是对高能X射线。本项目中提出一种非吸收式分析功能探测器，该种探测器不仅能够探测X射线图像，还具有分析光栅的功能，且对任何能量X射线具有100%分析效率，因此使用该探测器微分相衬成像系统不受X射线能量限制。该项目在理论上论证了该方案的可行性，模拟计算了不同结构对分析效率的影响，优化了探测器结构。根据理论分析结果设计、制作了该探测器，实验上验证了该探测器用于X射线微分相衬成像的有效性，得到了微分相衬的实验结果。针对样品吸收剂量的问题，本项目提出两步相移恢复相衬图像的算法，降低物体对X射线剂量吸收。在本项目的执行过程中，还发展了制作该器件的光助电化学刻蚀、高压微孔结构填充、器件封装等工艺，并尝试了8英寸器件预研工作，为微分相衬实用化奠定了基础。 .本项目在执行期内，较好地完成了理论研究及实验的预期目标，已发表学术论文8篇，申请发明专利1项，待发表论文2篇；实验上验证了方案的可行性；积累了器件制作的工艺技术；相关研究课题培养或协助培养研究生5名。项目所取得的研究成果，为今后继续开展X射线相衬实用化积累了经验，为新的相衬方法奠定了必要的研究基础。