衬度成像

1895年，德国著名物理学家伦琴(1854～1923)发现X射线。三天后，伦琴的夫人偶然看到了手的X射线影像，从此开创了一门新的科学－X射线摄影术，该技术随后在医学诊断领域得到广泛的应用。利用X射线，人们第一次实现了对人体内部的无损伤成像。虽然最初形成的影像并不是很清楚，但是科学家敏锐地预见到X射线影像潜在的巨大应用前景。随着X光源和探测技术不断完善，所获得的图像越来越清楚。然而这种图像还只是样品一个投影，样品内部各种信息沿X射线传播方向叠加在一起，无法分辨样品内部结构前后关系。为了真实的再现物体内部的三维结构，科学家们发明了计算断层成像(CT)的方法。

然而，目前的医用CT成像都是基于物质对X射线的吸收，对由轻元素构成的样品不能提供足够的成像衬度，就象可见光经过玻璃一样，没有留下可观察的痕迹。因此，传统的X射线成像只能对吸收系数较大的人体骨骼清晰成像，而不能为病变软组织提供较高的成像衬度。Zernike首先将相位衬度引入光学显微镜，使人们清晰地观察到了透明的软组织。受这个工作的启发，Ando利用Bonse和Hart发明的X射线晶体干涉仪，第一次实现了X射线相位衬度成像。1980年，E. Forster等人第一个利用准直器和分析晶体对X射线相位衬度成像进行研究，这个装置是现在通常用的衍射增强相位衬度方法（DEI）成像的基础，他们的工作开创了DEI成像的新领域。系统地对X射线相位成像开始进行研究还是在1990年代初期。那时有人开始从理论上研究从光强信号提取相位的可能性，这些理论工作的进展，为后来X射线相位衬度成像的发展奠定了坚实的基础。1995年，澳大利亚T.J.Davis和他的同事们在Phys. Rev. Lett.正式报道了他们对一个简单的相位物体进行X线相位成像的结果，他们发现不同的分析晶体角度所成的像的衬度会不相同，并根据晶体衍射的方程给出了理论解释。这实际上就是现在被称作衍射增强（DEI）相位衬度方法。同时，A.Snigirev和他的同事提出了单色同轴相位衬度成像模型，并在ESRF得到成功实现。1996年，W. S. Wilkins在Nature上发表了多波长硬X射线相位衬度成像的论文，同时，K. A. Nugent教授在Phys. Rev. Lett.上面发表了相位提取的理论文章,标志着X射线相位衬度成像已经发成为研究得到了广泛的研究，并开始走向实际应用。2006年，中国的朱佩平教授根据他们的工作，提出

了修正的衍射增强方程，并给出了衍射增强方法的另外一种更加简洁的解释方

法, 至此，衍射增强方法已经完全发展成熟了。

X射线相位衬度成像基于X射线通过轻元素物质获得的相位改变是光强改变的一千倍到十万倍的原理，X射线相位衬度能以比传统吸收成像高得多灵敏度观察轻元素样品的内部结构。这种成像方法可以广泛应用于生物、医学、材料科学等众多研究领域，为科学研究、疾病诊断、材料合成等提供强有力的表征手段。因此，X射线相位衬度成像及其CT技术的研究具有前瞻性和开拓性，并具有重要的研究价值和意义。