TALINT LAB: “乐高式”模块化、灵活的X射线相衬、暗场成像套件
上图显示了三光栅配置的TALINT系统固定在稳定的线性导轨上。轨道的坐标系 (u-v-w) 显示在左下角。U是光束的方向。
和传统的X射线吸收成像相比，X射线相位衬度成像能够为轻元素样品提供高得多的衬度，特别适合用于对软组织和轻元素构成的样品进行成像。
目前，在主要的5类相衬成像方式中，大部分对光源的相干性要求极高，只能在同步辐射光源或者借助微焦点X射线源实现。而光栅法相衬成像，经过十多年的发展，已经成为在实验室实施相衬成像实验的主流技术路线。
但是，高深宽比和大视场光栅的制作一直是困扰研究人员的一个痛点，LIGA技术的出现及成熟，使得此类光栅的制作变得更加容易和可靠。
基于X射线相衬成像的光栅利用Talbot自成像效应来获取有关X射线因折射和散射而产生的微小角度偏转的信息。这在医学成像到材料研究等各个领域都有潜在的应用。
但是对于刚进入这一研究领域的科研工作者或者想单纯快速获得相衬图片的用户来说，繁琐的光栅参数模拟、精密平移台的选择及精密调节都将耗费大量的精力。
为了解决这个问题，德国Microworks公司推出了一套模块化、灵活的X射线相衬、暗场成像套件-TALINT LAB。科研工作者可以使用该套件在自己的实验室中快速构建一个X射线干涉仪并获得相位衬度图像，而无需处理复杂的干涉仪结构，校准，控制和数据分析等工作。
Microworks的TALINT系统是一种紧凑、适应性强、物美价廉的TALbot干涉仪套件。TALINT-LAB套件包括一组3个匹配的X射线光栅，这些X射线光栅安装在带有远程控制器的精密支架中，客户可以将其安装在现成的光学导轨上并构建灵活的干涉测量装置。使用该套件，用户可以改变工作能量，干涉仪的长度和灵敏度以及Talbot级次。其输出图像尺寸为90x100 mm。同时套件提供了多源光栅选项，以灵活地放置样品（如下图）。
TALINT系统的技术指标:
能量范围为8-50 keV;根据要求可提供更高的能量
视场:可达ᴓ10cm (使用弯曲光栅)
相位步进可见度：通常> 25％
源与探测器之间的最小距离:50cm
灵敏度((G1-G2)/p2)可根据客户需求定制(高达250000)
系统的相位漂移:小于3 rad/h (g2-period为4.8µm)
目前已有两套TALINT系统交付客户使用，如下是一些测试结果。
使用TALINT套件搭建的1米长干涉仪的输出图像展示了最小残余莫尔条纹。X射线光管电压:70KV。(由由奥地利Wien polytechnic S. Shenck教授小组提供)。
通过激光融化Ta粉末制作的复杂的增材制造部件的暗场和吸收图像。暗场图像强烈地显示出残留的未熔化的粉末区域，而且这个区域在吸收像中是不可见的。
碳纤维增强复合材料弯管装置的暗场和吸收图像。暗场图像揭示了沿板块长度方向的分层，同时表明了在板块最大曲率区域中x射线的散射减少。
Selected Paper
如下是选取的近期使用Microworks光栅进行光栅法相衬成像方法及应用研究所发表的文章及简介：
背景：基于光栅的 X 射线暗场和相衬成像允许提取关于折射和小角度散射的信息，超出常规衰减成像的能力。最近实现了临床转化的一小步，允许对人类进行进一步研究。
方法：在伦理委员会批准后，我们以前后方向扫描了人类尸体的全身。六个测量值拼接在一起形成全身图像。所有射线照片均在三光栅、大物体、X射线暗场扫描仪上拍摄，每次持续约40秒。评估了不同解剖区域的信号强度。使用不同的体模材料分析了由光束硬化而不是小角度散射引起的能见度降低的幅度。腹部的最大有效剂量为0.3 mSv。
结果：在整个人体中结合吸收和暗场射线照相在技术上是可能的。在几个骨结构、异物和肺中发现了高信号水平。肺的信号水平为 0.25 ± 0.13（平均值 ± 标准偏差），骨骼为 0.08 ± 0.06，软组织为 0.023 ± 0.019，抗生素珠链为 0.30 ± 0.02。我们发现不会产生小角度散射的模体材料可以产生强烈的能见度降低信号。
结论：我们在几分钟内获得了人体的全身X线暗场图像，且有效剂量在临床可接受的范围内。我们的研究结果表明，观察到的骨骼和金属的能见度降低主要是由光束硬化引起的，因此肺中的真实暗场信号要比骨头高得多。
摘要：在保乳手术中，通过组织学测试广泛的局部切缘，这会使结果延迟数天并导致第二次手术。在术中检测切缘将允许在同一介入期间去除额外的组织。X射线相衬成像 (XPCI) 提供优于传统X 射线的软组织灵敏度：我们建议使用它来检测术中切缘。我们开发了一个系统，可以在几分钟内执行基于相位衬度的计算机断层扫描 (CT) 扫描，使用它对101个样本进行成像，其中大约一半包含肿瘤病变，并将结果与商业系统的结果进行比较。对所有标本进行组织学分析并用作黄金标准。对于检测边缘病，XPCI-CT 显示出比传统标本成像（32%、95% CI 20-49%）具有更高的灵敏度（83%、95% CI 69-92%），并且具有可比的特异性（83%、95% CI 70–92% 与 86%、95% CI 73–93%）。在本研究的范围内，特别是从剩余组织中获得的通常包含小病灶的样本，这使得两种方法的检测都更加困难，我们认为，观察到的灵敏度增加可能会导致手术次数的相应减少。
摘要：用于密度分布测量的基于透射光栅的射线相衬成像已经开发并测试用于动态实验应用。Talbot-Lau X射线偏转测量法是一种除衰减和超小角度散射之外的测量 X 射线折射的新方法，最近已开发用于静态成像，主要用于医疗和工业应用。为了从快速烟花的系统中获得密度分布，我们必须使用光斑尺寸远大于使用连续微聚焦源的静态成像系统的闪光X射线源，而且我们只能获得一次曝光。解决了从单幅图像、低空间分辨率系统测量两种混合元素的电子密度分布的挑战，并在 2018 财年末到2019年财年初，在气体发射器上进行了首次动态实验并得到了初步结果。在2019 财年，我们设计并建造了一款专为雷管实验设计的新型偏转计，以测试新技术以提高诊断的灵敏度和可靠性。
目的: Talbot-Lau光栅干涉测量法能够使用多色X射线源，从而扩展了适用于相衬成像的潜在应用范围。然而，这些源不仅从样品而且从光栅引入了射束硬化效应。当于多色光源一起使用时，由于制造缺陷造成的光栅不均匀性会导致光谱不均匀性伪影。因此，吸收、相位和可见度对比度的不同能量依赖性带来了迄今为止限制可实现的图像质量的挑战。这项工作的目的是为基于光栅的 X 射线成像开发和验证一种校正策略，该策略解决了从成像对象和光栅产生的射束硬化。
方法: 所提出的双变量多项式扩展策略的灵感来自于为解决来主动调制器的光束硬化而执行的工作。考虑到光栅干涉测量的多重对比度特性，这种方法被扩展到每个对比度以获得三组校正系数，这些系数是从校准扫描凭经验确定的。使用桌面 Talbot-Lau 光栅干涉仪微计算机断层扫描 (CT) 系统采集带表低和高原子序数材料的水样和硅样品的CT结果，证明了该方法的可行性。使用来自无束硬化目标图像的均方误差 (MSE) 和样本重建图像内的标准偏差对诸如杯突和环形伪影之类的光谱伪影进行量化。最后，将使用水样开发的模型应用于固定的鼠肺样本，以证明对类似材料的稳健性。
结果: 水样的吸收 CT 图像受光谱伪影的影响最大，但经过校正以减少环形伪影后，观察到均方误差（MSE） 降低了 80%，标准偏差降低了57%。硅样品在所有对比度中都产生了严重的伪影，但经过校正，吸收的均方误差（MSE）的降低了 94%，相位降低了 96%，可见度图像降低了 90%。这些改进是由于消除了所有对比度的环形伪影，减少了吸收和相位图像中的杯突以及减少了可见性图像中的覆盖问题。当水校准系数应用于肺样本时，吸收对比度中最突出的环形伪影被消除。
结论: 所描述的方法是为了消除由于系统光栅和成像对象中的射束硬化而导致的吸收、相位和归一化可见性显微CT图像中的伪影，将均方误差（MSE） 降低了96%。该方法依赖于可以在任何系统上执行的校准，并且不需要详细了解X射线光谱、探测器能量响应、光栅衰减特性和缺陷，或成像对象的几何形状和成分。
如果您有任何问题欢迎联系我们进行交流和探讨，北京众星联恒科技有限公司作为Microworks公司中国区授权总代理商，为中国客户提供Microworks所有产品的售前咨询，销售及售后服务。我司始终致力于为广大科研用户提供专业的EUV、X射线产品及解决方案。
关注我们获取更多行业资讯
北京众星联恒科技有限公司
Microworks公司中国区独家代理
www.top-unistar.com