X射线光栅相衬成像装置光强漂移与断层重建研究

发布时间：2017-03-26 16:07

  本文关键词：X射线光栅相衬成像装置光强漂移与断层重建研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：X射线相衬成像技术是近几年来X射线成像领域中的研究热点之一,轻元素构成的物质,如生物软组织等,对X射线的吸收能力较弱,传统的X射线吸收衬度成像不能很好地分辨这些物质,理论上,这些轻元素物质对X射线产生相移的相移截面比吸收截面高三个数量级,因此X射线相衬成像技术可以反映这些弱吸收物质的内部信息,可以大大地扩展了X射线成像的应用范围。围绕相衬成像技术发展出了多种获得相位图像的方法,在目前的众多相衬成像方法中,基于光栅相衬成像方法可以利用普通的X射线光源进行成像,不依赖于同步辐射光源或微焦点光源,并且可以通过所得的到的图像提取物体的吸收、相衬、散射三种信息,成为最有潜力应用于临床医疗和工业无损检测领域的成像技术。本论文主要基于中国科学技术大学同步辐射实验室的X射线光栅相衬成像装置进行成像实验,使用相位步进的方法获取样品的投影图像,并用信息分离方法来提取吸收、相衬和暗场的三种信息二维图像,在实际的实验工作中,X射线光源的不稳定性带来的光强漂移现象会影响信息提取的结果,进一步影响相衬成像的三维重建工作,因此本文中通过对相衬成像中相位步进曲线的研究,提出了修正光强漂移的方法,并利用实验验证了方法的正确性。在传统X射线成像中,计算机断层重建技术(CT)可以由多个角度下获得的投影图像来重建断层信息分布,实现无损检测的目的,而X射线相衬成像断层重建具有特殊性,本文介绍了CT重建算法的原理,并进行了数值模拟,然后推广到相衬成像CT重建中。本论文的最后提出了相衬成像研究中方便信息提取和重建研究的GUI软件框架,具有易用性、跨平台和可扩展性,可以为更进一步的相衬CT重建研究打下基础。
【关键词】：X射线光栅成像 相衬成像 光强漂移 相衬信息提取方法 计算机 断层重建
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;O434.19
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 X射线成像技术13
• 1.2 X射线相衬成像技术13-21
• 1.2.1 基于传播的成像方法15
• 1.2.2 X射线干涉成像方法15-16
• 1.2.3 基于分析晶体的成像方法16-17
• 1.2.4 光栅相衬成像方法17-20
• 1.2.5 编码孔径方法20-21
• 1.3 研究内容与本文结构21-23
• 第2章 基于光栅的X射线相衬成像理论基础23-47
• 2.1 X射线的物理性质23-28
• 2.1.1 复折射率24-26
• 2.1.2 相衬成像原理26-28
• 2.2 光栅Talbot效应28-31
• 2.2.1 整数与分数Talbot自成像28-29
• 2.2.2 Talbot干涉仪相衬成像方法29-31
• 2.3 光栅X射线相衬成像装置物理参数讨论31-38
• 2.3.1 非相干X射线光源31-33
• 2.3.2 X射线相干性对Talbot干涉仪的影响33-34
• 2.3.3 Talbot-Lau干涉仪相衬成像34-36
• 2.3.4 球面波照明几何放大36-38
• 2.4 信息分离方法38-43
• 2.4.1 傅里叶变换方法39-40
• 2.4.2 相位步进扫描方法40-42
• 2.4.3 正反投影方法42-43
• 2.5 信息提取及重建软件框架43-47
• 2.5.1 软件框架介绍及依赖43-44
• 2.5.2 信息提取部分44
• 2.5.3 CT重建部分44-47
• 第3章 X光源光强漂移修正47-59
• 3.1 实验装置及原理介绍47-51
• 3.1.1 实验装置结构47-48
• 3.1.2 装置原理与实验流程48-51
• 3.2 装置中存在的问题51-52
• 3.3 光强漂移现象52-54
• 3.4 修正方法及实验验证54-56
• 3.5 结论56-59
• 第4章 光栅相衬成像及计算机断层重建59-71
• 4.1 解析重建算法59-63
• 4.1.1 Radon变换和中心切片定理59-62
• 4.1.2 滤波反投影算法62-63
• 4.2 代数迭代重建算法63-65
• 4.3 断层重建算法模拟65-66
• 4.4 微分相衬成像计算机断层重建66-70
• 4.4.1 微分相衬成像重建理论66-68
• 4.4.2 微分相衬成像断层重建实验验证68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 结论与展望71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果81

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