优化X射线同轴相位衬度成像的理论研究

采用同轴相位衬度成像方法,基于PGW理论获得的频域相位衬度传递函数,对于理想光源和多色X射线源,用计算机模拟分析了如何选择物像距离和空间频率以获取最佳相位衬度像。实际应用中要综合考虑具体成像实验装置对于物像距离的可调范围以及成像分辨率的要求。对于具有一定谱宽的X射线源,应选择谱宽尽量小的源,以获得含信息量丰富、分辨率高的图像。

基于同轴相衬成像方法的人体膝关节软骨可视化

目的同轴相位衬度成像对软组织具有高衬度和高分辨率的特性。利用该成像技术,通过纹理特征参数提取进行定量分析,可为骨性关节炎的早期诊断提供可行性的依据。方法研究样本来自人工关节置换手术患者的膝关节软骨。样本分为正常组与早期骨性关节炎(osteoarthritis,OA)组,每组18例膝关节软骨组织。利用同轴相衬成像(in-line phase contrast imaging,IL-PCI)技术,观察两组软骨组织的纹理差异,并运用行程长度矩阵与分形维数方法提取纹理特征参数长行程加重(long run emphasis,LRE)、短行程加重(short run emphasis,SRE)、程分数(run percentage,RP)、灰度级的非均匀性(gray level non-uniformity,GLN)、行程长度的非均匀性(run length non-uniformity,RLN)以及分形维数。通过独立样本t检验方法比较上述参数,量化分析正常与病变软骨组织纹理差异。结果利用IL-PCI技术可以清晰观察到正常与早期OA软骨中微结构的变化。通过纹理参数提取比较两组的软骨纹理特征,结果表明正常组的LRE明显高于早期OA组(P<0.01),而早期OA组的GLN、RLN远高于正常组(P<0.01),正常组的分形维数小于早期OA组(P<0.01)。结论同轴相衬技术可为骨性关节炎的早期诊断提供定量分析手段。

高对称度光源的同步辐射X射线同轴相衬成像

全球现有的同步辐射光源中,电子束团在垂直于运动方向的截面上其水平尺寸和垂直尺寸的差异都较大,即同步辐射X射线(SRX)源的尺寸在水平和垂直两方向上有较大差异(二者的比值为光源的对称度,与1的差别越大,则对称度越差).这使得利用同步辐射X射线开展同轴相衬成像实验时,水平和垂直两个方向上入射X射线的点扩展函数相差较大,造成两个方向上空间分辨率有很大差别,这种差异还会造成两个方向上相位衬度水平的明显差别,从而严重影响同轴相位衬度成像的质量.本文通过在北京同步辐射装置(BSRF)成像线站(4W1A)束线上加入白光光阑直接限制光源对样品的点扩展函数的方法,获得了一个对称度大大提高的同步辐射X射线源(光源对称度从2.7提高到接近1),并开展了模型样品(聚酰胺细丝)的同轴相位衬度成像实验.使4W1A的光源对称度从2.7提高到1,虽然会使总通量约减小为原来的0.0005,但通量密度只减小到原来的0.22.总通量的减小由光斑尺寸的减小和通量密度的减小共同决定,由于高分辨率同轴成像需要的光斑尺寸很小,因此本方法对高分辨率同轴成像的不利影响仅限于通量密度的减小.同时,研究结果表明,通过关小水平光阑尺寸,把对成像有贡献的水平方向光源尺寸从1.23 mm减小到约0.35 mm,使模型样品成像的最大相位衬度从0.057提高到了0.35,即通过关小光阑提高光源的对称度,使同轴相衬成像的密度灵敏度提高了5倍.光源对称度的提高,使空间分辨率和相位衬度这两方面在水平方向和垂直方向达到相同的水平,从而极大改善了BSRF 4W1A线站SRX同轴相位衬度成像的质量.我们分析了成像质量提升的原因,并讨论了未来进一步改进的方向.