自1895年伦琴发现X射线（也称伦琴射线）以来，一直被广泛的关注、研究和应用。由于X射线有很强的穿透性，在成像方面具有非常大的优势。日常生活中常见的有地铁、火车、机场的安检，医院CT成像，工业金属探伤等等。在成像方面发展至今，可以分为三类成像技术：吸收衬度成像（用于以上生活中的场景，absorption contrast imaging），相位衬度成像（phase contrast imaging），以及暗场衬度成像（dark field contrast imaging）。
第一张X射线成像图像
X射线成像原理在介绍X射线相位衬度成像之前，先讲一下X射线与物质的相互作用，按照波长的长短，可以将电磁波分为：普通无线电波（超长波到超短波）、微波、红外线、可见光、X射线、γ射线（以后再详细介绍这些电磁波），每个波段电磁波的特性、与物质的相互作用大不相同。X射线与物质的相互作用微观尺度上主要有光子与原子的光电效应、俄歇效应、康普顿散射、相干散射和电子对效应（这些概念我会在以后的文章中介绍），宏观能量上体现为生活中常说的物质对X射线的吸收、折射效应。
k称之为波数，与频率相关，z为物质的厚度，可以看到穿过后X射线的振幅和相位都发生了相应的变化，通过以下图片有个直观的了解
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就是利用了振幅的衰减，通过探测前后的强度变化进行成像。相位衬度成像是利用了相位的漂移（phase-shift），测量前后的相位信息进行成像。而暗场衬度成像利用的是物质对X射线的散射，三种成像原理如图所示
三种X射线成像技术简单示意
相位衬度成像的优势我们知道不同物质对X射线的吸收和折射程度是不同的，但是对于密度接近的物质，比如各种生物组织，密度相近的金属等等，它们对X射线吸收的效果是接近，就导致了吸收衬度成像的图像分辨率低成像质量差。而相位的变化却是非常敏感的，往往要大三个量级（1000倍以上）。例如在2006年相称成像技术发展史上最要的实验，由F.Pfeiffer小组得到的相衬图像
小鱼的吸收衬度和相位衬度图像（我也忘了叫啥鱼来着了，体积非常小）
四类相位衬度成像技术相衬成像技术发展至今，先后有四种主要的技术，分别是：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，以及光栅干涉成像技术。涉及到较强的专业知识，这里不一一叙述，仅给出各自的成像装置原理图（全都由作者自己画的）。综合而言，光栅干涉这种方法最具有发展前景，因为对X射线源的要求低，X射线管就可完成。
晶体干涉仪成像技术原理示意
衍射增强成像技术原理示意
相位传播成像技术示意
光栅干涉成像技术示意
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衬度成像技术在生物组织的固有缺陷，特别是在诊断乳腺癌的时候，基本上没有任何效果，这恰恰给了相位衬度成像技术很好的发展空间和发展需求。但是由于目前的工业水平制约，光栅的尺寸无法加工的很大，13年Susanne Grandl等人的成像视场大小才达到4cm*2cm，目前的最好水平大约在6cm*6cm左右。而且为了更好的适应社会需求，降低了X射线源的要求，这就需要很长的照射时间才能得到好的图像。国内对该技术的研究较晚，大概在2000年左右才开始理论验证，而同期国外的研究机构已经开始建造类似于CT的样机了。但不管如何，相信相位衬度成像技术会得到越来越多的关注和普及，进而造福人类。这里放一张11年Dan Stutman小组对活体人体的关节得到的实验图像，可以明显的看到，相衬图像可以看到软组织，皮肤，肌腱的轮廓。
活体手指关节成像
最后放一张14年时候Felix G.Meinel小组完成的整只老鼠的吸收、相位、暗场衬度的试验图像。
从左到右分别为吸收衬度、相位衬度、暗场衬度图像
提供一个德国的研究机构的网址，里面收集有全球最新的研究进展（因为德国的工业水平世界一流）：
http://www.e17.ph.tum.de/en/home/
主要参考文献：1、F.Pfeiffer, T.Weitkamp, et al.. Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray source[J]. Nature Physics, 2006,2:258-261
2、F.Pfeiffer, et al. Hard X-ray dark-field imaging using a grating interferometer[J]. Nature Materials, Vol 7,134 (2008)
3、Dan Stutman, Thomas J Beck. Talbot phase-contrast x-ray imaging for the small joints of the hand[J]. Phys.Med.Biol, 56, 5679(2011)
4、Felix G. Meinel, et al. Lung tumors on multimodal radiographs derived from grating-based
X-ray imaginge - A feasibility study[J]. Physica Medica. 30(2014) 352-357
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