X射线同轴相衬成像原理数值模拟及实验初探

主要对微焦点源X射线同轴相衬成像系统的系统参数进行了设计与讨论,并对结果进行了实验验证.根据实际选取X射线能量以及物体的折射率改变量和吸收因子来确定物体传输函数,从物体到探测面的距离、物体边缘渐变宽度等因素对图像可见度的影响进行分析,提出了改进分辨率方法并通过数值模拟得到验证.最后,在实验中对普通三角板进行相衬成像,并与其吸收衬度成像进行对比.实验结果表明,利用数值模拟的方法可以指导微焦点源相衬成像参数设计,同时验证了该实验仪器的相衬能力.

台阶模糊边的X射线同轴相衬成像参数优化

采用图像衬度、信噪比、分辨率和探测器抽样数作为X射线同轴相衬成像质量的综合评价标准,针对具有广泛应用意义的台阶模糊边分布特征的物体,提出了参数优化方法并建立了优化流程。通过数值模拟的方式分别对具有广泛代表性的亚微米焦点源、激光驱动微米焦点源及同步辐射源3种X射线源下成像系统的相关参数进行了优化。结果表明,基于优化方法的优化流程很好地完成了3种X射线源的同轴相衬成像参数优化。可见,这种优化方法具有广泛的应用意义,在根据具体情况对方法进行简单修正的基础上,可以完成任意X射线源下对具有台阶模糊边分布特征物体的同轴相衬成像优化工作。

基于同轴相衬成像方法与支持向量机算法的早期骨性关节炎的鉴别诊断

目的利用同轴相衬成像(in-line phase contrast imaging,IL-PCI)技术与支持向量机(support vector machine,SVM)算法对正常与早期骨性关节炎(osteoarthritis,OA)软骨组织建立分类模型。方法研究样本分别来自接受人工膝关节置换手术及创伤性关节损伤患者的离体膝关节软骨组织。实验对象分为正常组与早期OA组,每组18例。利用IL-PCI技术分别获取两组样本的电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)图像,运用行程长度矩阵、分形维度及小波变换三种分析方法对两组样本的CT图像提取纹理参数26个,经主成分分析法降维,利用纹理参数构建支持向量机分类诊断模型,对正常软骨与早期OA软骨进行自动分类。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。两组软骨的纹理特征参数比较显示,大部分纹理特征参数差异有统计学意义。利用SVM算法建立的分类模型能较好地区分正常与早期OA软骨组织,分类准确性可达86.1%。结论利用支持向量机算法与同轴相衬成像方法,能够为早期OA的鉴别诊断提供一种量化判别的手段。

一维高斯分布物体X射线同轴相衬成像参数优化

采用图像衬度、信噪比、分辨率和探测器抽样数作为X射线同轴相衬成像质量的综合评价标准,针对具有广泛应用意义的一维高斯型分布特征的物体,建立了最大化衬度优化和信噪比优化两种参数优化方法的优化流程。通过数值模拟的方式分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源及同步辐射源3种不同X射线源下的成像系统相关参数进行了优化。结果表明,两种优化方法各具优势,可根据不同的相衬成像需求选择相应的优化方法。同步辐射源同轴相衬成像系统采用信噪比优化方法较为合适,而亚微焦点源和激光驱动微焦点源则需根据不同的需求来选择优化方法,必要时还可对优化方法进行一定的修正。研究为不同条件下有着不同要求的优质X射线同轴相衬成像实验提供了保证。

同轴相衬成像中基于约束的三维相位恢复算法

为了提升X射线同轴相位衬度CT成像中三维相位恢复算法的准确性和普适性,提出基于约束的三维衬度传递函数优化算法。该算法在三维空间施加有关样品信息的约束信息,并利用迭代优化算法提升样品的三维相位重建质量。模拟研究结果表明:与传统三维衬度传递函数算法相比,基于约束的三维衬度传递函数算法具有相位重建准确性高、抗噪性能优异、适用范围广等特点。该算法有助于推动X射线同轴相衬CT成像技术在材料科学、生物医学等领域的应用研究。

硬x射线同轴相衬成像的相位恢复

基于角谱的概念 ,分析了硬x射线同轴相衬成像过程 ,在传统相位恢复算法GS算法的基础上 ,提出了基于角谱传播的相位恢复算法——迭代角谱法 (IASA) ,并利用数值法模拟研究了相衬成像和相位恢复过程 ,从理论上验证了这一相位恢复算法 .

基于X射线同轴相衬成像的炸药缺陷准静态扩展过程诊断

由于炸药具有弱吸收特性,利用传统的X射线成像技术难以获得质量较好的图像,因而无法对炸药内部的微小缺陷进行诊断。为提高炸药的X射线成像质量,采用X射线同轴相衬成像方法,获得了不同压力作用下高聚物粘结炸药(PBX)内部缺陷的一系列X射线相衬图像,从中清楚地观察到炸药内部缺陷从无到有、从小到大的准静态扩展过程,为研究高能炸药的热点形成机制提供技术支持。

同轴法射线相衬成像的数值模拟计算与分析

对同轴法射线相衬成像进行数值模拟计算,可用于特定对象检测方法的可行性分析或检测参数优化。为此,分析了同轴法射线相衬成像系统数值模拟计算的原理及其实现方法,并针对圆形物体、长条形物体进行了相衬成像实验的数值模拟计算。对照计算结果进行分析可知:对物体平面进行离散化的尺寸很大程度上影响到数值模拟计算结果的准确程度,究其原因在于对物体平面进行离散化时决定了成像系统光学传递函数离散化的准确程度;为保证数值模拟结果的准确性,应使数值计算中光学传递函数取值点连续、不存在明显的失真;保证数值模拟结果准确所需的光学传递函数的离散化尺寸不是固定的,而是应与检测对象的大小相匹配。

离体生物样本无对比剂血管成像:硬X线同轴轮廓相衬成像术的实验研究

目的X线相衬成像能够在无对比剂和降低曝光量的情况下观察生物组织尤其是软组织的内部结构。该实验利用同步辐射相干X线,根据同轴轮廓成像原理,在无对比剂的情况下,观察新西兰大白兔和人的离体肝组织标本内部的血管结构。方法所有样品经10%甲醛溶液固定,并切成6mm厚,10mm×10mm大小备用。成像胶片为富士工业胶片(Fuji-IX80)。实验是在北京同步辐射实验室4W1A光束上进行的,实验装置类似于全息成像,最大光斑为20mm×10mm,光子能量为8keV。改变样品和胶片的距离,以获得最佳的成像质量。结果兔肝标本的血管树得到清晰显示,人肝硬化标本的扭曲的异常血管也得到清晰显示。显示的最小的血管直径小于20μm。结论在第一代同步辐射上,在无对比剂的情况下,肝脏样本内部的血管结构可以通过X线同轴轮廓成像的方法得到显示。