一種全視場x射線熒光成像系統(tǒng)及成像方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種全視場X射線熒光成像系統(tǒng)及成像方法，該方案包括X射線光源、濾片組、樣品臺、球面晶體、限光濾波裝置、二維空間分辨的探測器和計算機；樣平臺上放置樣品；X射線光源發(fā)出的X射線照射在樣品上，樣品發(fā)出的X射線熒光依次經(jīng)過限光濾波裝置和球面晶體濾波選單后聚焦成像在探測器上；計算機能夠控制X射線光源和接收探測器的回傳信息。本方案可以實現(xiàn)非掃描的全視場X射線熒光成像，獲得待測樣品中某一元素的含量及二維分布圖像。這種全視場的X射線熒光成像技術(shù)具有較大的視場、較高空間分辨率、極高的光譜分辨率、較大的景深、圖像采集速度快、可逐一單獨分析樣品中的多種元素，其他元素?zé)晒饣蛏⑸湓肼暩蓴_低等優(yōu)點。
【專利說明】
一種全視場X射線熒光成像系統(tǒng)及成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種，尤其是一種全視場X射線熒光成像系統(tǒng)及成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線熒光成像分析是一種強大的元素分析方法，它不但能夠給出樣品的元素組 成及含量，還能給出元素在樣品中的空間分布，因此在工農(nóng)業(yè)、化學(xué)、環(huán)境、材料、生物、醫(yī)學(xué) 以及考古學(xué)等諸多領(lǐng)域具有強烈的需求。例如，在生物或醫(yī)學(xué)診斷中，如果能夠清晰的獲得 組織中某些微量(金屬)元素的空間分布及含量，那將對相關(guān)研究有重大的促進和幫助。當(dāng) 前X射線熒光成像技術(shù)大多采用基于微束的掃描成像方式，它利用X射線聚焦光學(xué)元件(毛 細管器件、菲涅爾波帶片、K-B鏡、復(fù)折射透鏡等)對同步輻射或X射線管發(fā)出的X射線進行聚 焦，對樣品的小區(qū)域進行熒光激發(fā)，然后利用能量色散型的探測器進行熒光收集，獲得樣品 空間一點附近的熒光光譜信息，再通過掃描不同的位置獲得元素的空間分布。這種技術(shù)若 要在大的樣品范圍內(nèi)獲得高空間分辨的X射線熒光圖像，逐點掃描需要花費很長時間，并且 儀器設(shè)備需要較高的對準精度以及復(fù)雜的運動掃描機構(gòu)，采用能量色散型探測器，能譜分 辨率相對較低，難以滿足復(fù)雜樣品的分析需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種全視場X射線熒光成 像系統(tǒng)及成像方法的技術(shù)方案，本方案可以實現(xiàn)非掃描的全視場X射線熒光成像，獲得待 測樣品中某一元素的含量及二維分布圖像。這種全視場的X射線熒光成像技術(shù)具有較大的 視場、較高空間分辨率、極高的光譜分辨率、較大的景深、圖像采集速度快、可逐一單獨分析 樣品中的多種元素，其他元素?zé)晒饣蛏⑸湓肼暩蓴_低等優(yōu)點。
[0004] 本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的：
[0005] -種全視場X射線熒光成像系統(tǒng)，包括X射線光源、濾片組、樣品臺、球面晶體、限光 濾波裝置、二維空間分辨的探測器和計算機;樣平臺上放置樣品;X射線光源發(fā)出的X射線照 射在樣品上，樣品發(fā)出的X射線熒光依次經(jīng)過限光濾波裝置和球面晶體濾波選單后聚焦成 像在探測器上;計算機能夠控制X射線光源和接收探測器的回傳信息。
[0006] 作為本方案的優(yōu)選:限光濾波裝置為夾縫。
[0007] 作為本方案的優(yōu)選:夾縫的長度方向沿豎直方向設(shè)置。
[0008] -種全視場X射線熒光成像系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟：
[0009] A、選取樣品，將樣品放置在樣品臺上；
[0010] B、調(diào)整確定系統(tǒng)中各個部件的安裝位置；
[0011] C、使用計算機控制開啟X射線光源，并且接收探測器采集到樣品的X射線熒光圖像 進行分析成像。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:步驟B中，夾縫的安裝位置為夾縫中心與球面晶體中心的連線 與球面晶體中心點處的法線的夾角U/2-θ)滿足布拉格方程：
[0013] 2d sin9=nA
[0014] 其中Θ為布拉格衍射角，d為球面晶體的晶面間距，n為衍射級次，λ為待測元素發(fā)出 的熒光X射線的波長。
[0015] 作為本方案的優(yōu)選:通過夾縫的X射線光譜帶寬Δλ/λ滿足以下公式：
[0017]其中，R為球面晶體的曲率半徑、a為樣品到晶體中心的距離，As為夾縫的寬度。
[0018] 作為本方案的優(yōu)選:夾縫能夠選擇性分辨不同元素發(fā)出特征熒光X射線以及濾除 散射;當(dāng)需要測量另一元素的X射線熒光時，可以更換不同材料的球面晶體或者使狹縫沿著 羅蘭圓移動，從而改變布拉格角，并且樣品和探測器跟隨轉(zhuǎn)動，使得只有這種元素的熒光X 射線才能通過球面晶體衍射后成像在探測器上。
[0019] 作為本方案的優(yōu)選:步驟B中，探測器的安裝位置為球面晶體弧矢理想焦面上，滿 足以下公式：
[0021] 其中，a為樣品到晶體中心的距離，b為探測器面到球面晶體中心的距離，R為球面 晶體的曲率半徑。
[0022]作為本方案的優(yōu)選:步驟B中，樣品到球面晶體的距離與探測器面到球面晶體的距 離相同且都位于子午平面內(nèi)球面晶體所在的圓上，即a = b = Rcsc0，此時系統(tǒng)的子午放大倍 率和弧矢放大倍率相同且為1。
[0023] 作為本方案的優(yōu)選:步驟C中探測器采集到樣品的X射線熒光圖像后，傳輸給計算 機，并利用X射線熒光圖像分析程序進行分析，通過標(biāo)準樣品對成像系統(tǒng)的效率進行標(biāo)定， 建立圖像強度與X光源的參數(shù)、成像系統(tǒng)效率以及樣品元素的含量之間的定量關(guān)系，通過X 射線熒光成像定量分析程序給出樣品元素的定量二維空間分布信息。
[0024] 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中采用。
[0025] 由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實質(zhì)性特點和進步，其實施的有益效果也 是顯而易見的。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明的流程的示意圖。
[0028]圖中，1為X射線管;2為濾片組;3為樣品;4為樣品臺；5為狹縫;6為球面晶體;7為二 維空間分辨X射線探測器;8為計算機;9為X射線管發(fā)出的X射線；10為樣品發(fā)出的次級X射線 熒光;11為晶體衍射的單色熒光X射線。
【具體實施方式】
[0029] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0030] 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0031] 本方案的成像系統(tǒng)包括X射線光源、濾片組、樣品臺、球面晶體、限光濾波裝置、二 維空間分辨的探測器和計算機;樣平臺上放置樣品;X射線光源發(fā)出的X射線照射在樣品上， 樣品發(fā)出的X射線熒光依次經(jīng)過限光濾波裝置和球面晶體濾波選單后聚焦成像在探測器 上;計算機能夠控制X射線光源和接收探測器的回傳信息。限光濾波裝置為夾縫。夾縫的長 度方向沿豎直方向設(shè)置。
[0032] 本方案的成像系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟：
[0033] A、選取樣品，將樣品放置在樣品臺上；
[0034] B、調(diào)整確定系統(tǒng)中各個部件的安裝位置；
[0035] C、使用計算機控制開啟X射線光源，并且接收探測器采集到樣品的X射線熒光圖像 進行分析成像。
[0036] 作為本方案的優(yōu)選:步驟B中，夾縫的安裝位置為夾縫中心與球面晶體中心的連線 與球面晶體中心點處的法線的夾角U/2-θ)滿足布拉格方程：
[0037] 2d sin9=nA
[0038] 其中Θ為布拉格衍射角，d為球面晶體的晶面間距，η為衍射級次，λ為待測元素發(fā)出 的熒光X射線的波長。
[0039] 作為本方案的優(yōu)選:通過夾縫的X射線光譜帶寬Δλ/λ滿足以下公式：
[0041] 其中，R為球面晶體的曲率半徑、a為樣品到晶體中心的距離，As為夾縫的寬度。
[0042] 夾縫能夠選擇性分辨不同元素發(fā)出特征熒光X射線以及濾除散射；當(dāng)需要測量另 一元素的X射線熒光時，可以更換不同材料的球面晶體或者使狹縫沿著羅蘭圓移動，從而改 變布拉格角，并且樣品和探測器跟隨轉(zhuǎn)動，使得只有這種元素的熒光X射線才能通過球面晶 體衍射后成像在探測器上。
[0043]步驟B中，為了減少像差，探測器的安裝位置為球面晶體弧矢理想焦面上，滿足以 下公式：
[0045] 其中，a為樣品到晶體中心的距離，b為探測器面到球面晶體中心的距離，R為球面 晶體的曲率半徑。
[0046] 步驟B中，樣品到球面晶體的距離與探測器面到球面晶體的距離相同且都位于子 午平面內(nèi)球面晶體所在的圓上，即a = b = R csc0，此時系統(tǒng)的子午放大倍率和弧矢放大倍 率相同且為1。
[0047] 步驟C中探測器采集到樣品的X射線熒光圖像后，傳輸給計算機，并利用X射線熒光 圖像分析程序進行分析，通過標(biāo)準樣品對成像系統(tǒng)的效率進行標(biāo)定，建立圖像強度與X光源 的參數(shù)、成像系統(tǒng)效率以及樣品元素的含量之間的定量關(guān)系，通過X射線熒光成像定量分析 程序給出樣品元素的定量二維空間分布信息。
[0048] 本方案具有較大的視場、較高空間分辨率、極高的光譜分辨率、較大的景深、圖像 采集速度快、可逐一單獨分析樣品中的多種元素，其他元素?zé)晒饣蛏⑸湓肼暩蓴_低等優(yōu) 點。
[0049]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1. 一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)，其特征是:包括X射線光源、濾片組、樣品臺、球面晶 體、限光濾波裝置、二維空間分辨的探測器和計算機;所述樣平臺上放置樣品;所述X射線光 源發(fā)出的X射線照射在樣品上，樣品發(fā)出的X射線巧光依次經(jīng)過限光濾波裝置和球面晶體濾 波選單后聚焦成像在探測器上;所述計算機能夠控制X射線光源和接收探測器的回傳信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)，其特征是:所述限光濾波裝 置為夾縫。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)，其特征是:所述夾縫的長度 方向沿豎直方向設(shè)置。4. 一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:包括W下步驟： A、 選取樣品，將樣品放置在樣品臺上； B、 調(diào)整確定系統(tǒng)中各個部件的安裝位置； C、 使用計算機控制開啟X射線光源，并且接收探測器采集到樣品的X射線巧光圖像進行 分析成像。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:所述 步驟B中，夾縫的安裝位置為夾縫中屯、與球面晶體中屯、的連線與球面晶體中屯、點處的法線 的夾角(n/2-θ)滿足布拉格方程： 2dsin 目=n 入 其中Θ為布拉格衍射角，d為球面晶體的晶面間距，η為衍射級次，λ為待測元素發(fā)出的巧 光X射線的波長。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:通過 夾縫的X射線光譜帶寬A λ/λ滿足W下公式：其中，R為球面晶體的曲率半徑、a為樣品到晶體中屯、的距離，As為夾縫的寬度。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:夾縫 能夠選擇性分辨不同元素發(fā)出特征巧光X射線W及濾除散射；當(dāng)需要測量另一元素的X射線 巧光時，可W更換不同材料的球面晶體或者使狹縫沿著羅蘭圓移動，從而改變布拉格角，并 且樣品和探測器跟隨轉(zhuǎn)動，使得只有運種元素的巧光X射線才能通過球面晶體衍射后成像 在探測器上。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:所述 步驟B中，探測器的安裝位置為球面晶體弧矢理想焦面上，滿足W下公式：其中，a為樣品到晶體中屯、的距離，b為探測器面到球面晶體中屯、的距離，R為球面晶體 的曲率半徑。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:所述 步驟B中，樣品到球面晶體的距離與探測器面到球面晶體的距離相同且都位于子午平面內(nèi) 球面晶體所在的圓上，即a = b = Rcsc0，此時系統(tǒng)的子午放大倍率和弧矢放大倍率相同且為 Ιο10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全視場X射線巧光成像系統(tǒng)的成像方法，其特征是:所述 步驟帥探測器采集到樣品的X射線巧光圖像后，傳輸給計算機，并利用X射線巧光圖像分析 程序進行分析，通過標(biāo)準樣品對成像系統(tǒng)的效率進行標(biāo)定，建立圖像強度與X光源的參數(shù)、 成像系統(tǒng)效率W及樣品元素的含量之間的定量關(guān)系，通過X射線巧光成像定量分析程序給 出樣品元素的定量二維空間分布信息。
【文檔編號】G01N23/223GK106093095SQ201610369713
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】陽慶國
【申請人】中國工程物理研究院流體物理研究所