X射线光栅相衬成像医学应用与实验技术研究

发布时间：2021-09-18 17:07

　　X射线自1895年被发现以来便迅速在医学影像,工业无损检测等领域得到了广泛的应用。然而诸如生物软组织等由低原子序数低密度物质构成的材料对X射线的吸收作用非常微弱,传统的吸收成像方法无法在合理的剂量范围内得到高质量的图像。自上世纪90年代中期开始,依托先进同步辐射光源,X射线相位衬度成像技术逐渐发展起来。该技术利用X射线的相移信息成像,对弱吸收物质也能表现出非常好的成像衬度,有望克服传统吸收成像的缺陷,引领技术变革。过去三十多年已经有多种相衬成像技术被提出,这其中基于Talbot-Lau光栅干涉仪的微分相衬成像方法被公认为该领域具有里程碑意义的工作。该方法可利用大焦点,低相干性的普通实验室光源完成成像,使得X射线相衬技术第一次摆脱了同步辐射光源或微焦点光源的束缚,进而为其走出实验室,实现真正临床和工业应用提供了可能。另一方面,X射线光栅干涉仪实际上是一套多模态成像系统,可以同时提供吸收,微分相移和小角散射（又称“暗场像”）三种互补像,大大丰富了物质成像信息。本论文围绕X射线光栅干涉仪这一研究热门开展了一系列研究工作,包括:1.在国家同步辐射实验室搭建了一套基于几何投影方法的光栅相衬平台。... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２真空中两束初始相位和振幅相同的电磁波＾和＾在真空中自由传播，穿过均??匀的厚度为ｔ的物体后，其振幅和相位将发生改变

?着相移信号不会像吸收信号一样随Ｘ射线能量增加而迅速衰减［９】，这一点在低能??段尤为明显。以水（Ｈ２０）为例，图１．３（ａ）给出了其吸收系数和相移系数随Ｘ射??线能量增加时的衰减规律，可以看出吸收系数＾随能量增加迅速减小，而相移系??数＜５的衰减则平缓很多。另一个原因则在于对于低原子序数物质，其相移截面往??往比吸收截面高出２？３个数量级，这就意味着理论上来说Ｘ射线相衬成像测量??灵敏度可比吸收成像高出１０００倍。图１．３（ｂ）给出了几种不同Ｘ射线能量下，物??质的相移截面和吸收截面随原子序数的变化规律。从图中可以看出，在低原子序??数区（例如原子序数小于３０的区域），物质的相移截面％远远大于吸收截面ａａ，??而我们知道诸如医学上人体软组织，肌腱，血管，軔带等，工业上常用的有机高??分子材料

Ｂｏｎｓｅ和Ｍ．?Ｈａｒｔ在《应用物理快报》（Ａｐｐｌｉｅｄ?Ｐｈｙｓｉｃｓ?Ｌｅｔｔｅｒｓ）上发表的工作【１５］，??因此Ｘ射线晶体干涉仪又被称为Ｂｏｎｓｅ－Ｈａｒｔ干涉仪。正是借助该设备，Ｍｏｍｏｓｅ??等人获取了世界上第一幅相衬ＣＴ图像［１４】。其光路原理和结构如图１．４所示。??（ａ）?（ｂ）??碱??图１．４?Ｘ射线光栅干涉仪结构原理与实物图。（ａ）光路原理图，图片来源文献［２６］。（ｂ）晶体??千涉仪的实物图和尺寸，图片来源２０１４年Ｍｏｍｏｓｅ合肥Ｘ射线相衬成像讲座报告。??干涉仪的主体由一块完整的晶体切割而成，如图１．４（ｂ）所示，切割后形成的??三块晶体从左到右依次被称为分束晶体，透射晶体和分析晶体。同步辐射白光经??晶体单色器后照射在分束晶体上，被分为透射光和衍射光。两束光照射到透射晶??体后又各自再次被分为透射光和衍射光，两束次级衍射光％和％在光路形成干??涉。由于干涉条纹周期很小，需要经过第三块分析晶体让物光透射，参考光衍射，??使两束光同轴产生干涉

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]X射线光栅相位衬度成像实验技术和应用研究[D]. 胡仁芳.中国科学技术大学 2017
[2]X射线光栅相位衬度成像技术和方法研究[D]. 王圣浩.中国科学技术大学 2015
[3]扇束双能X射线骨密度测量方法研究[D]. 陈敏聪.中国科学技术大学 2009

硕士论文
[1]宽扇束双能X射线骨密度仪研究[D]. 李婵.清华大学 2014



本文编号：3400516