[发明专利]一种硅基X射线相位光栅制作方法及其制作装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光栅的硬X射线相位衬度成像用的相位光栅的制 作方法和制作装置，该相位光栅是成像装置中的核心部件，特别涉及一种 硅基X射线相位光栅的光助湿法刻蚀制作方法的装置。

背景技术

常规的X射线成像技术利用成像物体对X射线的吸收差异形成图像衬 度。但对于大部分医学诊断领域的成像，被成像物体更多的是由吸收差异 很小的成分组成，因此，用常规的吸收成像技术无法得到它们的清晰的图 像衬度。这些对X射线吸收差异不大的成分，却可以引起X射线的相位产 生很大的变化。如果对X射线的相位变化进行探测，则可以得到清晰的图 像，便于医学诊断。这就是X射线的相位衬度成像。X射线相位衬度成像 给出的是相位信息，因此，对X射线束要求较高，例如要求X射线束具有 一定的空间和/或时间相干性。通常的X射线源产生的X射线束很难满足这 一要求，所以，目前关于X射线相位衬度成像的实验研究大部分局限于同 步辐射源。同步辐射源体积庞大、造价昂贵，不便于X射线相位衬度成像 的应用推广。研究发现，利用X射线光栅，可以降低对X射线时间相干性 的要求，这样就可以摆脱同步辐射源的限制，有利于该项技术的应用推广； 并且，采用光栅以后，由于光栅具有一维周期性，这就要求成像的X射线 束具有一维空间相干性即可，降低了对X射线源的空间相干性要求。X射 线点源具有两维的空间相干性，但辐射通量极小，不满足医学成像对辐射 通量的要求。X射线线源具有一维空间相干性，产生X射线的面积远大于 点源，根据TALBOT-LAU干涉成像原理，一维的X射线源可以是一组平行 的线发射体，这样既增加了辐射面积，又保持了一维空间相干性不变，有 效解决了X射线源的通量与相干性的矛盾，基本满足了医学成像的要求。 2007年2月12日公开的，公开号为1917135A的中国发明专利申请，就公 开了一种这样的X射线源，并且得到了预期的结果。所以，基于光栅的X 射线相位衬度成像技术有可能在常规的医学诊断中获得应用。唯一要解决 的问题，就是设计制作出满足要求的X射线光栅。

X射线相位光栅是基于光栅的X射线相位衬度成像系统的核心器件。 其作用是将通过它的X射线光场变成具有横向的周期性结构，一个具有横 向周期性结构的光场经过自由空间的传输，将具有纵向的周期性。也就是 说，经过自由空间的费涅尔衍射，具有横向周期性结构的光场可以自成像， 这就是TALBOT成像的实质。相位光栅是一种具有一维周期性结构的光学 元件，在一个周期内，分成通光部分和相移部分，二者的宽度通常相等。 相移部分使通过它的X射线产生π相移，相移的X射线与直接通过通光部 分的没有发生相移的X射线产生干涉，在光栅之后的某一位置处形成明暗 相间的X射线干涉条纹，周期等于光栅周期的一半，形成光栅的像。如果 在光栅之前放置一物体，则干涉条纹将发生变化，由变化的条纹可解出物 体产生的相移，从而给出物体的内部结构。

图1a、图1b是一种基于X射线管的光栅微分干涉相位衬度成像装置 示意图，其中图1a是采用线发射体阵列的X射线管，见图中的1-1和1-2， 它直接产生部分空间相干的X射线束；而图1b是采用常规的X射线管， 见图中1-10，再加上一个源光栅1-20用来形成部分空间相干的X射线束。 从两个图看，效果相同，图1中的1-4就是相位光栅，其周期结构和面积由 具体成像装置确定。不管是采用线发射体阵列的X射线管还是常规的X射 线管，由X射线管产生的X射线经过物体1-3后，携带物体内部结构信息， 由相位光栅1-4进行自成像，如果探测器1-6具有足够高的分辨率，则可直 接探测到相位光栅的干涉条纹图像。而现有的探测器一般无法满足分辨率 要求，因此借助一个分析光栅1-5，通过相移或莫尔条纹技术获取图像。