X射線相位襯度成像用光柵的理論與實驗研究

《X射線相位襯度成像用光柵的理論與實驗研究》是依託深圳大學，由郭金川擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：X射線相位襯度成像用光柵的理論與實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭金川
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

基於光柵的X射線微分干涉相位襯度成像由於對X射線相干性要求低而最有可能成為在普通實驗室首先獲得套用推廣的相襯成像技術，因此，對其核心器件- - X射線光柵的研究就格外重要。本項目旨在研究能夠實際用於成像診斷技術的X射線相位光柵和吸收光柵，其特點是面積大、微結構的深寬比高、成本低廉。研究內容包括相位光柵衍射效率與光柵參數和X射線束參數的關係、相位光柵和吸收光柵的結構設計、物理實現途徑、光柵製作工藝及裝置、光柵性能評價等。光柵研製採用的關鍵方法是光助電化學刻蝕技術和高深寬比微結構電鍍技術，重點解決大面積均勻性問題，通過採取改善矽片背面電導率、光照參數、電解槽電極之間的電場分布等措施，實現直徑為5英寸的相位和吸收光柵的結構參數的均勻分布，為國內開展基於光柵的X射線相襯成像實驗研究提供核心技術支持，使我國在此領域的研究處於國際先進行列。目前尚未看到有效尺寸在5英寸以上的X射線光柵。

結題摘要

X射線相位襯度成像與傳統的吸收襯度成像相比，對低原子序數物質具有極高的靈敏度，因而在醫學早期檢查、病理學研究、生物樣品成像、輕質材料研究等領域具有重要的套用。目前的問題是，這種新的成像方法對光源相干性要求很高，只能利用高亮度X射線光源獲取相襯圖像。基於光柵的X射線相位襯度成像由於不受高亮度光源的限制，可以在普通實驗室和醫院獲得套用。其目前套用受限的主要原因在於高能量、大面積X射線光柵技術。本項目就是在這一背景下提出的，目的在於嘗試解決成像用的高能量、大面積X射線光柵。項目主要研究X射線相位光柵和吸收光柵的低成本製作方法和技術，通過對基於光柵的X射線相襯成像方法的理論研究，確定X射線光柵的結構參數，利用光助電化學刻蝕方法，研究刻蝕過程參數對微結構形貌的影響，確定最佳刻蝕參數，刻蝕出所需要的X射線相位光柵；在完成相位光柵製作的基礎上，進一步研究吸收光柵製作方法。重點解決重吸收物質在微結構中的填充方法，我們採用高壓高溫液態微注入方法，將X射線吸收物質鉍填入微結構中，冷卻後形成X射線吸收光柵。同時，還將吸收光柵的功能併入高分辨的X射線探測器，通過研究具有分析光柵功能的X射線探測器，取代現有的分析吸收光柵和探測器兩個部件。本項目中，我們完成了5英寸X射線相位光柵的研製、完成了5英寸X射線吸收光柵的研製、完成了5英寸具有分析光柵功能的X射線轉換屏，進而通過光學元件與CCD耦合，形成具有分析光柵功能的X射線探測器；超額完成了兩維5英寸X射線相位光柵和吸收光柵的研製。這些光柵無論在面積上，還是X射線能量上都超過了國際上現有光柵的技術水平，使我們成為國際上第三個擁有光柵技術的課題組。本項目採用的方法及該方法中的關鍵參數可以推廣到更大尺寸光柵元件的研製，為推動基於光柵的X射線相襯成像的套用發展提供硬體支持。該項目支持下發表論文13篇，參加國際會議4人次，其中3次為特邀報告；參加國內會議3人次，其中2次為邀請報告。申請發明專利3件，在此期間獲授權發明專利4件，其中1件為美國專利。培養博士研究生2名，均已畢業；培養碩士研究生19名，其中10名畢業。為項目涉及技術領域儲備專門人才。