基于分析晶体成像的信息提取和CT重建的研究

发布时间：2017-04-02 07:14

  本文关键词：基于分析晶体成像的信息提取和CT重建的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：X射线相位衬度成像技术是目前成像领域的研究热点之一,与传统的成像技术(吸收衬度)相比,它能够获得更高衬度的图像,能够更清晰地分辨出样品(尤其是对X射线弱吸收的轻元素样品)的微观结构细节,在医学、生物学和材料学等领域具有广泛的应用前景。因此,关于相位衬度成像的研究课题具有非常重要的研究价值。基于分析晶体成像是一种非常重要的相位衬度成像方法,通过在不同分析晶体位置采集的两幅或者更多的强度图像,再利用信息提取算法就可以得到样品的折射角、超小角散射和衰减信息图像。本文针对基于分析晶体成像方法的信息提取和CT重建中存在的一些问题进行了详细的研究,并提出了解决方法,主要工作以及研究结果概括如下：首先,对现有的三种基本信息提取算法：衍射增强法、广义衍射增强法和多图成像法在不同的图像采集策略下的信息(折射角、超小角散射和衰减信息)提取效果进行了研究。研究结果表明在不同的图像采集策略下,三种算法得到的信息提取结果有明显的差异,通过比较,本文针对每一种信息提取算法的特点,对图像采集策略的优先选择分别进行了建议。此研究将有助于实验上对图像采集策略的合理选择,进而充分发挥三种信息提取算法的信息提取能力。其次,与其它两种信息提取算法相比,多图成像法能够得到更精确的折射角计算值,但是仍然比实际值小很多,尤其是在折射角较大的情况下,这种差异会更明显。因此,为了能够获得更精确的折射角信息、本文依据多图成像法的信息提取特点对其进行了有效的改进。在相同的图像采集条件下,利用改进算法后,折射角信息的精确度有了很大的提高。并且,在折射角提取算法改进的基础上对超小角散射信息的提取算法也进行了适当改进,改进后的信息提取结果也有了一定的改善。此外,与原始算法相比,在提取折射角信息时,改进算法具有更强的抗散射干扰的能力,并且具有相近的噪声抑制能力。由于改进算法采用的是非函数拟合方法,它的计算复杂度与原始算法相似,因此,进行信息提取时,两种算法的计算机运算时间相差非常小,可以忽略。上述结果表明改进算法在X射线管光源上有巨大的应用潜力。最后,利用代数迭代重建算法对折射率位相因子δ,以及它的偏导数(?)(?)/(?)x和(?)(?)/(?)y的分布进行了平行束和扇形束的CT重建研究,对多图成像法以及它的改进算法对应的CT重建结果进行了比较。计算机模拟实验结果表明,与原始算法相比,基于改进算法的重建图像的质量更高,像素值更精确。并且,改进算法具有很强的噪声抑制能力。进行扇形束CT重建时,通过坐标变换的方法对折射角投影值进行了有效的加权处理,建立了适合于代数迭代算法的扇形束CT重建框架。此外,由于扇形束中每一条X射线在单色晶体上的入射角度不同,导致不同扇角位置的X射线波长是不一样的(多色波长),因此,扇形束折射角投影值与平行束(单色波长)投影值之间存在很大的差异,对重建图像的质量有很大的影响。本文提出了一种修正方法,对扇形束折射角投影值进行了修正,结果表明修正后的重建图像的精确度有了显著提高,证明了修正方法的可行性。
【关键词】：相位衬度成像技术 基于分析晶体成像 图像采集策略 信息提取 扇形束CT重建
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;O434.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 第一章 引言9-20
• 1.1 课题背景及其发展现状9-18
• 1.2 论文的研究内容及结构安排18-20
• 第二章 与基于分析晶体成像相关的物理原理20-35
• 2.1 X射线的产生20-22
• 2.2 X射线与物质的相互作用22-31
• 2.2.1 X射线的作用机制22-25
• 2.2.2 X射线的衰减25-27
• 2.2.3 X射线的折射27-31
• 2.3 基于分析晶体成像的基本原理31-35
• 第三章 图像采集策略对信息提取的影响35-64
• 3.1 三种基本信息提取算法原理35-38
• 3.1.1 Chapman的衍射增强算法35-36
• 3.1.2 广义衍射增强算法36-37
• 3.1.3 多图成像算法37-38
• 3.2 计算机模拟实验条件38-41
• 3.3 DEI算法信息提取结果比较41-49
• 3.4 G-DEI算法信息提取结果比较49-54
• 3.5 MIR算法信息提取结果比较54-62
• 3.6 小结62-64
• 第四章 对多图成像法的改进64-79
• 4.1 改进原理64-69
• 4.2 算法改进前和改进后的信息提取结果比较69-78
• 4.3 小结78-79
• 第五章 基于分析晶体成像的线性迭代算法CT重建79-117
• 5.1 CT重建算法介绍79-82
• 5.1.1 滤波反投影算法79-80
• 5.1.2 线性迭代重建算法80-82
• 5.2 平行束CT重建82-101
• 5.2.1 重建原理82-87
• 5.2.2 计算机模拟实验条件87-88
• 5.2.3 CT重建结果比较88-101
• 5.3 扇形束CT重建101-116
• 5.3.1 重建原理101-106
• 5.3.2 CT重建结果比较106-116
• 5.4 小结116-117
• 第六章 总结和展望117-119
• 参考文献119-125
• 博士期间发表的研究成果125-126
• 致谢126

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈志强;丁飞;黄志峰;张丽;尹红霞;王振常;朱佩平;;Polynomial curve fitting method for refraction-angle extraction in diffraction enhanced imaging[J];中国物理C;2009年11期

2 杨浩;轩瑞娇;胡春红;段敬豪;;Improvement and error analysis of quantitative information extraction in diffraction-enhanced imaging[J];Chinese Physics B;2014年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 黄志峰;衍射增强成像的相位信息提取方法和CT重建算法研究[D];清华大学;2006年

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本文编号：282091