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。

上海光源X射线成像实验站相位衬度CT初步结果

X射线相位衬度CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,可观察到传统X射线吸收CT无法观察到的生物软组织内部微细结构,具有巨大发展潜力。经初步调试,上海光源X射线成像实验站的8-72.5keV单色X射线输出已能用于实验研究。本文在X射线成像实验站上开展生物样品(蝗虫)同轴X射线相位衬度CT研究,获得蝗虫样品的切片重构图像和三维重建图像。结果图像中,蝗虫样品的翅膀、表面纹理和内部组织分布情况清晰可见。

同轴X射线位相衬度成像实验研究

目的研究利用类点光源的同轴X射线位相衬度成像技术。方法在北京同步光源4W1A光束线上,分别利用白光束X射线和14keV单色X射线,采用同轴方式开展生物样品的位相衬度成像实验。结果位相衬度图像比吸收衬度的图像分辨率更高、衬度更好。结论对于X射线吸收很弱的样品,位相衬度成像能够得到更好衬度和更高分辨率的图像。利用类点源X射线同轴相位衬度成像技术相对比较容易地被用于临床。

基于微焦点X射线源的相位衬度成像实验研究

对弱吸收、低密度、较轻元素物质来说,传统的X线吸收成像方式存在分辨能力低、成像效果差等问题,而X线相位衬度成像恰好可以弥补这些缺点。以微焦点X射线源为基础,选择了两种具有明显上述特征的样品,采用类同轴相衬成像的方式设置实验参数。实验不仅能得到清晰、放大的图像,而且能够明显突出样品的边界信息,从而验证了X线的相位衬度成像效果。

基于X射线相位衬度的人耳解剖结构成像

基于相位衬度的CT技术应用于听觉系统成像,得到了包含丰富细节信息的中耳三维解剖结构。

X射线束点尺寸对X射线相位衬度成像的影响

X射线相位衬度成像利用X射线穿过样品后的相位变化,通过衍射信息来获得样品的结构特征。X射线相位衬度成像在生物影像、显微成像以及材料科学研究中有重要的应用。如果X射线成像样品物质密度比较低,它对X射线的吸收很小,所以常规的吸收衬度成像质量较差,不易分辨样品的结构细节。理论分析和实验研究都表明当X射线束点尺寸减小到一定尺度后,X射线源的空间相干性增强,采用相位衬度成像可以提高低密度样品的成像质量。X射线相位衬度成像质量与X射线束点尺寸,样品到影像记录平面之间距离直接相关。本文研究了X射线束点尺寸与低密度样品影像边沿轮廓宽度和对比度之间的影响关系。研究结果表明,根据低密度样品的介电常数、X射线源到样品距离,以及样品到影像记录平面距离,存在最优化的X射线束点尺寸。在该最优化配置条件下,低密度样品的X射线成像可以获得最好的图像质量。

微焦点类同轴X射线相衬成像实验及相位恢复重建

目的:基于微焦点X射线源,进行相衬成像实验和相位信息提取。方法:根据Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干性与时间相干性的影响,对连续X射线相衬成像的一般公式进行推导。根据从含有相位信息和吸收信息的图片里提取纯相位信息的方法,通过MATLAB对相衬图片进行处理。结果:实验一,对塑料吸管进行相衬成像,通过改变探测器与样品之间的距离,得到比传统X射线成像更清晰、放大且能够突出边界信息的图像;实验二,在电压分别为45 kVp和70 kVp的情况下得到硼硅酸盐玻璃的相衬图像,然后通过相位恢复重建得到含有纯相位信息的相衬图像。结论:对于轻元素物质,微焦点类同轴X射线相衬成像比传统X射线相衬成像的分辨率高、图像衬度好;相位信息提取技术将会大大促进微焦点类同轴X射线相衬成像技术在普通实验室应用和医学肿瘤检测等方面的应用进展。

基于迭代法的同轴法X射线相衬成像的相位复原

相位复原问题是指在只有强度可以测量的情况下,从强度数据中提取出物体的相位信息。相位复原是同轴法X射线相衬成像的关键问题之一。本文采用误差递减法,通过限制物体的空间大小,结合测量到的强度数据,在物体的空域和频域都进行约束。通过反复迭代,进行带宽外推,最终实现物面和像面的相位复原。仿真实验证明了此迭代算法的收敛性,并且以塑料管为样品,在上海光源采集到同轴法X射线相衬成像的实验数据,对上述算法进行了验证。

硬x射线同轴相衬成像相位恢复的模拟

分析了硬x射线同轴相衬成像过程,在菲涅耳衍射的基础上,提出了基于强度传播方程(Transport of Intensity equation)的相位恢复算法,并利用数值法模拟研究了相衬成像和相位恢复过程,从而验证了这一相位恢复算法。

衍射增强成像的若干基础问题研究 Ⅰ衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系

为了探讨X射线衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系,利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对大块正常和癌变的乳腺组织进行成像研究。在摇摆曲线顶部位置获得的图像(峰位图像)和表观吸收图像的衬度随X射线能量的变化关系是相似的,说明峰位图像和表观吸收图像包含的主要衬度相似,即吸收衬度,而折射图像的衬度随X射线能量的增大总体上呈现下降趋势。综合来看,对于乳腺类的软组织来说,DEI成像在低能量端有很好的衬度,反映了衍射增强成像更适合于主要由轻元素组成的物体的成像。

X射线相位衬度CT

X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤。介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点。

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。

X射线相位衬度成像吸收光栅制作方法研究

X射线吸收光栅是实现边缘照明相位衬度成像的核心元件。文章介绍了通过蒸发镀膜方法制备用于相位衬度成像射线吸收光栅的方法,结果表明:蒸镀法能够制备结构完整、厚度均匀并且无形变的吸收光栅。研究结果有应用于相位衬度成像的价值,但镀膜厚度和效率有待进一步提升。

X射线相位衬度成像研究取得突破

中国科学技术大学吴自玉研究员领导的北京同步辐射装置和合肥国家同步辐射实验室联合成像科研小组，在x射线相位衬度成像研究领域取得突破。该研究成果克服了医学x射线cT技术应用x射线相位衬度成像方法的障碍，

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。

我国X射线相位衬度成像研究获重大突破 医疗CT技术有望实现新飞跃

中国科学技术大学研究员吴自玉领导的北京同步辐射装置和合肥国家同步辐射实验室联合成像科研小组，不久前在X射线相位衬度成像研究领域取得重大突破，其研究成果克服了医学X射线CT技术应用X射线相位衬度成像方法的障碍，为形成更加快速、灵敏度更高、更安全的X射线相位CT技术奠定了基础。专家预测，这项新技术的诞生，将催生新型X射线相位CT产业。

PNAS:我国X射线相位衬度成像研究获重大突破

中国科学技术大学研究员吴自玉领导的北京同步辐射装置和合肥国家同步辐射实验室联合成像科研小组，在X射线相位衬度成像研究领域取得重大突破，其研究成果克服了医学X射线CT技术应用X射线相位衬度成像方法的障碍，为形成更加快速、灵敏度更高、更安全的X射线相位CT技术奠定了基础。专家预测，这项新技术的诞生。将催生新型X射线相位CT产业。

电解池电化学反应过程的运动衬度X射线成像

电化学反应过程中离子迁移、氧化还原反应的原位动态观测对研究电解池和电池充放电性能、离子迁移特性、缺陷产生和预防等具有重要意义.采用电解池模型研究电化学反应过程以方便实验参数调控,基于运动衬度X射线成像实验研究了其离子迁移和氧化还原反应过程.结果表明,同等条件下运动衬度X射线成像比传统的时间减影成像的衬噪比高一个量级以上.基于运动衬度X射线成像成功观测到起始阶段电化学反应特性,发现电化学反应在电解池内所有位置同时发生,而不是通常理解的电场力作用下离子迁移到阴极、得到电子被还原.电极投影位置运动衬度信号强于电解液其他位置,说明电极位置氧化还原反应更密集.在通电电压低到一个临界值、传统时间减影成像很难观测到离子迁移或原子团聚的时候,运动衬度成像仍可明确揭示离子迁移(原子团簇运动)轨迹.因此,运动衬度X射线成像可大幅提升电解质中离子(原子)迁移的观测灵敏度,在电池、电解池电化学反应特性的原位动态研究中具有重要应用前景.

基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.