临床X射线相衬成像研究进展

　　1. 引言

　　1895 年德国科学家伦琴(Wilhelm K. Rontgen)发现了神奇的X射线，随即人们认识到X射线在科学技术和医学界具有无法估量的应用价值。X射线检查是目前医院内影像学检查中最基本的一种，即使在广泛应用的超声、CT、数字减影血管造影、磁共振成像和核素扫描的情况下，依旧不能动摇它的地位。随着科学技术的发展，特别是计算机的应用，X-CT、计算机X射线成像(Computed Radiology，CR)及数字化X射线成像(Digital Radiology，DR)相继出现，使得以吸收衬度和几何光学为基础的X射线成像质量有了很大提高。

　　当前X射线成像在研究物质的微观结构、内部组成等方面发挥着重要作用，是现代生物医学领域必不可少的研究工具和检查手段。尽管如此，对于以轻元素为主的软组织而言，由于几乎没有吸收或只有很少的吸收，且不同组织之间吸收差别很小，所以只能记录到很差的像衬度。因此在传统相衬法基础上的衬度分辨率很难突破。目前对生物软组织的微观形态学研究主要依赖组织切片和铺片，应用光学和电子显微镜进行观察，不仅操作繁琐，而且破坏了组织结构的整体性，无法实现三维立体观察。

　　X射线相衬成像技术利用被忽略的另一个潜在反差来源相位信息对生物组织、聚合物、纤维复合材料等轻元素样品成像。当X射线通过样品时其特性可用复折射率描述，即 n=1-δ +iβ。在 X 射线区域，折射率n 与1 相差很小，对于低密度材料其相移项δ要比吸收项β大三个数量级以上，故X射线通过物体时的折射效应提供了吸收衬度探测不到时有可能探测到相位衬度的可能性。而且在高能区，δ的减少比β的减少慢得多，故当用光子能量非常高而波长很短的X射线作光源时，被样品吸收的辐射剂量就更少，降低对组织的潜在破坏。

　　自从上世纪 90 年代中叶以来，国内外几个研究小组一直在探索开发X射线相位相衬成像技术，这些方法在记录信号的特性、实验装置及对源的要求上均有不同。按成像原理不同可分为干涉法、衍射增强法、类同轴法，分别测量相位、相位的一阶导及相位的二阶导;按成像光源不同分同步辐射源法，微聚焦X射线管法、普通X 射线管法及X 射线激光法。

　　2. X射线干涉相衬成像法

　　1965年X射线干涉仪由U.Bonse和M.Hart研制成功，在1995年后日本东京大学的A.Momose、筑波大学的T.Takeka等人一直致力于该方法的研究。干涉相衬成像装置如图1所示。在一整块完美的晶体上制作这种干涉仪，因其整体性可保证极高的准直度和稳定性。由一整块硅单晶分割成的三块完美晶体平行放置，当满足布拉格条件时晶体分束器将经单色器之后的光束分成强度完全相等的透射波和衍射波。