X射線相位襯度成像

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1、萬方數(shù)據(jù)X射線衍射應(yīng)用專題編者按1895年11月8日，德國(guó)維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)倫琴(WilhelmConradRonfgen)發(fā)現(xiàn)了x射線，x射線的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的誕生，推動(dòng)了現(xiàn)代化學(xué)和現(xiàn)代生物學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展，對(duì)物理學(xué)以至整個(gè)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了極為深刻的影響．在當(dāng)今的社會(huì)里，x射線的應(yīng)用覆蓋著國(guó)計(jì)民生、人類健康和國(guó)家安全的各個(gè)領(lǐng)域，可以說，x射線的應(yīng)用與每個(gè)人都戚戚相關(guān)．本刊特組織“x射線衍射應(yīng)用”專題，以幫助讀者對(duì)X射線應(yīng)用有進(jìn)一步的了解．本專題將分別在第6期、第7期刊登，集中介紹x射線衍射在材料科學(xué)、地學(xué)、藥物學(xué)、催化等方面的應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)的新進(jìn)展．關(guān)于x射線在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，本刊將另組

2、織專題介紹．．X射線相位襯度成像水朱佩平’吳自玉(中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所北京100049)摘要文章使用形象、生動(dòng)、通俗、易懂的語言，介紹x射線相位襯度成像的基本概念，物理思想和方法，其中包括x射線的基本性質(zhì)、光的波粒二象性、同步輻射x射線光源和常規(guī)非相干x射線光源的相位相干性，以及x射線相位襯度成像方法、三維成像的基本原理和相位襯度成像的最新進(jìn)展，將抽象的相位、相位一階導(dǎo)數(shù)和相位二階導(dǎo)數(shù)概念與形象的光波陣面平移、傾斜和彎曲等形變聯(lián)系在一起，著重介紹相位襯度成像發(fā)展中的創(chuàng)新思想，力圖使讀者能分享人類文明在這個(gè)學(xué)科發(fā)展中積累的精神財(cái)富．關(guān)鍵詞相位襯度成像，x射線，同步輻射，相干性X-rayph

3、asecontrastimagingZHUPei．PingtWUZi—Yu(InstituteofHighEnergyPhysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)AbstractThebasicconcepts，physicalpicturesandtechniquesusedinthedevelopmentofX-rayphasecon—trastim姆ngareexpounded，includingthewaveandcorpusculardualpropertiesoflight，theconceptofphase，andt

4、hecoherenceofconventionalandsynchrotronradiationX—raysources．ThemethodsofX—rayphasecontrastimaging，thebasicprincipleof3Dimaging，andthelatestprogressofphasecontrastima6ngarealsodiscussed．Forabetterunderstandingoftheprogressinthisinnovativenewtechniquetheratherabstractconceptsofthefirstorderandsecond

5、orderderivativesofphasearerelatedtothedisplacement，thetiltingandbendingdistortionofthewavefrontofthepropagatinglight．Keywordsphasecontrastimaging，X-ray，synchrotronradiation，coherence1引言在過去的100年里，傳統(tǒng)的基于吸收襯度的x射線成像技術(shù)已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)和許多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用．現(xiàn)在，x射線透視、x射線CT成像已經(jīng)家喻戶曉，它幾乎和我們每一個(gè)人的生活和健康息息相關(guān)．36

6、卷(2007年)6期可以毫不夸張地說，x射線成像技術(shù)挽救了成千上萬人的生命．然而，這種基于吸收機(jī)制的x射線成像技術(shù)僅對(duì)人體骨骼觀察得比較清楚，而對(duì)人體軟組織成像模糊，特別是難以觀察到人類體內(nèi)毫米量$國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：10490190，10490194，90206032)重點(diǎn)資助項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所科技創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目2007—04—03收到十通訊聯(lián)系人．Email：Zhupp@ihep．a(chǎn)c．cnhttp：／／www．wuli．a(chǎn)c．cn·443·萬方數(shù)據(jù)X射線衍射應(yīng)用專題級(jí)的早期惡性腫瘤(癌癥)．這其中的原因在于人體軟組織主要是由輕元素組成的，輕元素對(duì)于硬x射線幾乎沒有吸

7、收，就像可見光透過水中的一個(gè)小玻璃球，幾乎沒有留下可以察覺的痕跡．目前癌癥已經(jīng)成為人類的主要?dú)⑹?，?shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷，是人類當(dāng)前戰(zhàn)勝這一惡魔的關(guān)鍵．因而需要發(fā)展一種方法，能清楚地分辨癌組織和正常組織，這就好像要想辦法看清楚水中的一個(gè)小玻璃球．經(jīng)過近十幾年的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，輕元素物質(zhì)引起x射線相位改變的幅度是其對(duì)x射線的吸收值的一千倍到十萬倍，利用相位信號(hào)形成的高襯度成像技術(shù)——x射線相位襯度成像，特別適合觀