X射线相位衬度成像

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1、万方数据X射线衍射应用专题编者按1895年11月8日，德国维尔茨堡大学校长伦琴(WilhelmConradRonfgen)发现了x射线，x射线的发现标志着现代物理学的诞生，推动了现代化学和现代生物学的创立和发展，对物理学以至整个科学技术产生了极为深刻的影响．在当今的社会里，x射线的应用覆盖着国计民生、人类健康和国家安全的各个领域，可以说，x射线的应用与每个人都戚戚相关．本刊特组织“x射线衍射应用”专题，以帮助读者对X射线应用有进一步的了解．本专题将分别在第6期、第7期刊登，集中介绍x射线衍射在材料科学、地学、药物学、催化等方面的应用以及相关技术的新进展．关于x射线在其他领域的应用，本刊将另组

2、织专题介绍．．X射线相位衬度成像水朱佩平’吴自玉(中国科学院高能物理研究所北京100049)摘要文章使用形象、生动、通俗、易懂的语言，介绍x射线相位衬度成像的基本概念，物理思想和方法，其中包括x射线的基本性质、光的波粒二象性、同步辐射x射线光源和常规非相干x射线光源的相位相干性，以及x射线相位衬度成像方法、三维成像的基本原理和相位衬度成像的最新进展，将抽象的相位、相位一阶导数和相位二阶导数概念与形象的光波阵面平移、倾斜和弯曲等形变联系在一起，着重介绍相位衬度成像发展中的创新思想，力图使读者能分享人类文明在这个学科发展中积累的精神财富．关键词相位衬度成像，x射线，同步辐射，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引言在过去的100年里，传统的基于吸收衬度的x射线成像技术已经在临床医学、生物学、材料科学、信息科学和许多工业应用领域得到了极其广泛的应用．现在，x射线透视、x射线CT成像已经家喻户晓，它几乎和我们每一个人的生活和健康息息相关．36

6、卷(2007年)6期可以毫不夸张地说，x射线成像技术挽救了成千上万人的生命．然而，这种基于吸收机制的x射线成像技术仅对人体骨骼观察得比较清楚，而对人体软组织成像模糊，特别是难以观察到人类体内毫米量$国家自然科学基金(批准号：10490190，10490194，90206032)重点资助项目、中国科学院高能物理研究所科技创新经费资助项目2007—04—03收到十通讯联系人．Email：Zhupp@ihep．ac．cnhttp：／／www．wuli．ac．cn·443·万方数据X射线衍射应用专题级的早期恶性肿瘤(癌症)．这其中的原因在于人体软组织主要是由轻元素组成的，轻元素对于硬x射线几乎没有吸

7、收，就像可见光透过水中的一个小玻璃球，几乎没有留下可以察觉的痕迹．目前癌症已经成为人类的主要杀手，实现癌症的早期诊断，是人类当前战胜这一恶魔的关键．因而需要发展一种方法，能清楚地分辨癌组织和正常组织，这就好像要想办法看清楚水中的一个小玻璃球．经过近十几年的研究，科学家发现，轻元素物质引起x射线相位改变的幅度是其对x射线的吸收值的一千倍到十万倍，利用相位信号形成的高衬度成像技术——x射线相位衬度成像，特别适合观