X射线微分相位衬度成像中的信息提取方法研究

作     者：刘达林 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志立

授予年度：2019年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：X射线成像 微分相衬成像 信息提取方法 图像采集 

摘      要：X射线相位衬度成像技术不仅可以提供传统X射线吸收衬度成像的吸收衬度,而且兼具相位衬度成像和暗场成像两者的优势。对于那些由轻元素组成的物质,硬X射线相位衬度成像技术理论上能够提供比传统吸收衬度成像技术高达上千倍的测量灵敏度。几种主要的相衬成像技术中,X射线微分相衬成像(包括衍射增强成像和光栅相衬成像)近些年引起了越来越多的关注,他们都是测量样品的相移一阶导数信号,衍射增强成像是目前基于同步辐射光源的材料内部结构的有效表征手段,而光栅相衬成像能够与常规X光源有机结合,是目前最有希望应用到临床医学中的X射线成像技术。实验上探测器采集的图像是包含物体吸收,相移以及散射的混合信息投影图像。三种衬度机制对应物体的不同组成和结构,独立的三种信号能观察到更清晰的结果,因此从投影图像中提取出独立的信息图像必不可少。本论文系统总结了X射线微分相位衬度成像的信息提取方法,并提出了几种新的信息提取方法。本文主要在以下几个方面开展了研究工作:1、基于强度函数高阶展开的信息提取方法X射线光栅相衬成像中,对强度函数做泰勒展开,可以有效提取被成像物体的小角度信息。将强度函数展开至二阶,就可以同时提取物体的吸收、折射、和超小角散射(USAXS)信息。然而对于具有更大折射角度和散射宽度的物体,仅仅展开至二阶则显得不足。本章节在前人工作基础上,探究强度函数高阶展开对信息提取结果的影响。2、三张图像的衍射增强成像信息提取方法衍射增强成像中,利用高斯函数拟合摇摆曲线,推导光强的解析表达式,并给出三种信息的信息提取公式。三图方法只需采集三幅投影图就可以同时分离物体的吸收、折射和散射信息。同步辐射实验结果表明,新方法与传统标准方法MIR结果基本一致,相比于MIR,我们的方法只需要三幅投影图,大大简化图像采集过程,减少了成像时间,一定程度上降低辐射剂量,对于临床医学,生物活体成像有重要意义。