这篇文章给大家聊聊关于什么是X射线相衬成像技术?,以及对应的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站哦。
现在我们从理论上介绍X射线成像原理,考虑X射线的波动性(对应粒子性),利用波动光学描述其在物质中的吸收和折射,表征具有复折射率的物质的性质,X射线穿过材料后的波长分布为:
k称为波数,与频率有关。 z 是材料的厚度。可以看出,X射线穿过后,振幅和相位都发生了相应的变化。通过下面的图片大家可以有一个直观的了解。
X射线穿过物质后振幅和相位的变化
传统的吸收衬度成像利用振幅的衰减,通过检测前后的强度变化来成像。相衬成像利用相移对测量前后的相位信息进行成像。暗场对比成像利用物质对X 射线的散射。三种成像原理如图所示。
三种X射线成像技术的简单说明
相位衬度成像的优势
我们知道不同的物质对X射线的吸收和折射程度不同,但对于密度接近的物质,如各种生物组织、密度相近的金属等,它们对X射线的吸收效果是相似的,即,这导致吸收衬度成像中图像分辨率低、成像质量差。然而,相位变化非常敏感,通常要大三个数量级(超过1000倍)。例如,2006年相位成像技术发展史上最重要的实验中,F.Pfeiffer团队获得的相位衬度图像
小鱼的吸收对比和相差图像(我也忘记了鱼的名字,它很小)
四类相位衬度成像技术
相衬成像技术发展至今,主要有四种技术:晶体干涉仪成像技术、衍射增强成像技术、相位传播成像技术、光栅干涉成像技术。涉及较强的专业知识,这里不一一描述,只给出各自成像设备的原理图(均为作者本人绘制)。一般来说,光栅干涉法最有发展前景,因为它对X射线源要求较低,并且可以用X射线管完成。
晶体干涉仪成像技术原理
衍射增强成像技术原理示意图
相位传播成像技术示意图
光栅干涉成像技术示意图
为何相衬成像技术尚未得到普及,以及应用前景
由于传统吸收对比成像技术在生物组织中的固有缺陷,特别是在诊断乳腺癌时,基本没有效果。这恰恰给了相衬成像技术良好的发展空间和发展需求。但由于目前工业水平的限制,光栅的尺寸无法加工得很大。 2013年,Susanne Grandl等人的成像视场仅达到4cm*2cm。目前最好的水平是6cm*6cm左右。并且为了更好地适应社会需求,对X射线源的要求降低了,需要较长的照射时间才能获得良好的图像。国内对该技术的研究比较晚,2000年左右才开始理论验证。与此同时,国外的研究机构已经开始建造类似CT的样机。但无论怎样,我相信相衬成像技术将会受到越来越多的关注和普及,从而造福人类。这是Dan Stutman 团队于2011 年在活人体关节上获得的实验图像。可以清楚地看到,在相差图像中可以看到软组织、皮肤和肌腱的轮廓。
活体指关节成像
最后,这是Felix G. Meinel 团队于2014 年完成的整只小鼠的吸收、相位和暗场对比度的测试图像。
从左到右分别是吸收衬度、相位衬度和暗场衬度图像。
提供一个德国研究机构的网址,该机构收集了全球最新的研究进展(因为德国的工业水平是世界一流的):
http://www.e17.ph.tum.de/en/home/
主要参考文献: 1. F.Pfeiffer, T.Weitkamp, et al. 低亮度X射线源相位恢复与微分相衬成像[J].自然物理学,2006,2:258-261
2.F.Pfeiffer 等人。光栅干涉仪硬X射线暗场成像[J]. 《自然材料》,第7,134 卷(2008 年)
3. 丹·斯图曼,托马斯·J·贝克。手部小关节的Talbot 相差X 射线成像[J].物理医学生物学, 56, 5679(2011)
4. Felix G. Meinel 等人。基于光栅的多模式放射照片上的肺部肿瘤
X射线成像——可行性研究[J].医学医学. 30(2014)352-357
用户评论
听起来挺复杂的啊!感觉有点超出我的理解范围哈,主要想了解一下它应用在哪方面呢?
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我一直对医学影像技术很感兴趣,这篇文章解释得很详细,让我对X射线相位衬度成像技术的原理有了更深入的认识。
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感觉这项技术很有前途,不仅能提供图像分辨率更高、细节更丰富的信息,还能非侵入性地观察内部结构。希望能早日投入临床应用!
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X射线相位衬度成像技术听起来很专业啊,我一直以为只是简单的透视而已,现在才知道还有这么多复杂的原理和应用范围。
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这篇文章写的太棒了,能用通俗易懂的语言解释这么复杂的技术,真是让人佩服!
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虽然我是一个非专业人士,但还是能大致理解文章内容。X射线相位衬度成像技术的应用范围确实很广阔,期待它在未来能够带来更多突破!
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这篇文章没讲到这个技术和传统X射线成像技术的对比,我觉得很有必要知道两者的优缺点以便更好地进行选择。
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说实话,对于这种比较高端的技术我有点不太感兴趣,还是想看看一些更实用、更能直接影响到生活的技术的介绍。
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很想知道这个技术的实际应用场景是哪些?比如在医学诊断、材料检测、考古发掘等等方面有什么具体的应用案例吗?
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虽然文章详细解释了X射线相位衬度成像技术原理,但是我仍然觉得缺少一些直观的图示或案例,这样能更直观地理解这个技术的复杂性和实用性。
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我觉得X射线相位衬度成像技术的未来发展潜力很大,它能够帮助我们更深入地了解物体的内部结构和性能,在各个领域都有广阔的应用前景。
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文章内容介绍很全面,尤其是对技术原理的解释非常清晰,让我这个对科技概念不太熟悉的人也能理解。 赞!
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X射线相位衬度成像技术的核心是利用相位的差异来获取信息的,这点我还真没想过,原来这种简单的概念就能带来这么大的突破。
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虽然技术很先进,但我更关心它的成本和普及情况。 如果太昂贵的话,它就很难广泛应用于实际生活中吧!
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期待看到更多关于X射线相位衬度成像技术的应用成果,希望能为医疗诊断、科学研究带来更大的帮助!
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这篇文章给我打开了眼界,原来X射线相位衬度成像技术已经发展到如此 sophisticated 的程度。 真是令人兴奋啊!
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这个领域的研究工作非常复杂和严谨,需要大量的时间和大量的资金投入才能取得突破性的进展。
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希望能看到更多不同领域的科学家对X射线相位衬度成像技术的应用进行探索和研究,将其发挥更大的作用!
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