类同轴X射线相衬成像技术基础研究

admin · 发表于昨天 20:11

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传统基于吸收衬度机理的X射线成像技术在临床医学、科学研究和工业无损检测等领域得到了广泛应用，对疾病的诊断和治疗、产品质量控制等发挥了重要作用。受成像原理影响，这种技术对于轻元素构成的低密度弱吸收材料，难以获取高对比度的图像。为克服传统吸收成像技术的缺点，基于相位变化机理的X射线相位衬度成像技术开始得到研究。这种技术不仅可以获取弱吸收材料的高对比度图像，并能将成像空间分辨率由毫米级推进到微米级乃至亚微米级。在各种X射线相位衬度成像技术中，基于微焦点X射线的类同轴相衬成像方法成像光路简单，对光源要求低，并且研究最成熟，最容易率先在临床医学和科学研究中取得成熟应用。为此，本文在国家自然科学基金项目资助下，从成像基础理论、相位恢复算法以及成像参数优化等方面，开展了基于微焦点X射线源的类同轴相衬成像技术的研究。主要研究成果总结如下：(1)构建了类同轴相衬成像技术的基础理论框架。通过对物理衍射光学的深入分析以及相关理论的探讨，构建了类同轴相衬成像技术的基础理论框架，为后续研究提供了理论支持。(2)分析和实现了三类相位恢复算法。重点在于对相位恢复算法的理解和TIE算法的数值求解过程，该算法的求解过程利用了傅里叶正弦变换来快速求解基于图像的偏微分方程，该算法在理想情况下对近场菲涅尔衍射有很好的恢复效果，因而适合于基于微焦点的类同轴相衬成像的相位恢复。(3)分析优化类同轴相衬成像参数。在两种不同相衬成像条件下讨论参数对相衬成像质量的影响。一维数值模拟分析在理想光源下各参数及样品材质对成像质量的影响；二维数值模拟分析在部分相干光源下各参数对成像质量的影响。根据模拟结果优化了类同轴相衬成像参数，并利用优化后的成像参数指导相衬成像试验，取得了很好的效果。(4)搭建初步的相衬成像仿真平台。分析了一维相衬成像数值模拟的方法，探讨了二维相衬成像数值模拟中的部分相干光理论，形成了较为完善的类同轴相衬成像理论，从而扩展到部分相干光源三维空间相衬成像，并利用VC编程实现易观察和操作的相衬成像仿真平台。

类同轴X射线相衬成像技术基础研究

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