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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.

现代实验室型X射线荧光元素分布成像和形态分析技术的研究进展

近年来,随着X射线光源、单色、聚焦及探测系统的发展,在实验室可借助低功率X射线光源开展X射线荧光(XRF)和X射线吸收谱(XAS)分析。液体金属射流源等新型X射线光源系统、闭合反馈系统、电荷耦合元件和方孔微通道板等技术和计算方法的进步促进了聚焦扫描型、全场型和XRF计算机断层扫描等实验室型XRF元素空间成像技术的发展。超环面、球面和柱状弯晶等单色聚焦系统的发展推动了实验室型XAS技术的发展。探索新型的实验室X射线光源系统,开发更高效的单色聚焦系统,推动X射线动态电影拍摄技术等将是未来研究的重要发展方向。

临床X射线相衬成像的实现

目的提高人体软组织成像的衬度分辨率及空间分辨率,实现其在临床诊断方面的应用。方法在物理上采用相衬观察法,即附加一些光学装置和某些其他特定条件将相位分布转换成强度分布。而在数学上,则通过傅立叶变换和卷积处理得到其强度分布的数学表达式。结果类同轴全息X射线相衬成像是极有可能应用于临床的一种相位成像方法,并具有广阔的应用前景。结论实现临床X射线相衬成像需要解决相干光源和光源与样品之间及样品与探测器之间距离这样的两个关键技术问题。

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，

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。

基于透镜耦合的X射线成像探测器闪烁体厚度对成像质量的影响

闪烁体是同步辐射X射线成像探测器的重要组成部分,它将入射X射线转换为可见光,再由可见光成像探测器接收成像。闪烁体的厚度对成像的空间分辨率、图像衬度有较大的影响,选取合适的厚度的闪烁体,与探测器物镜(数值孔径)及X射线能量等实验条件达到最理想的匹配,将有助于获得高质量的X射线成像结果。但目前上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)用户在开展X射线成像实验时,基本都未考虑到闪烁体厚度对成像质量影响的这个因素,难以获得最佳图像质量的实验结果。本文先根据理论的分辨率曲线预测了探测器各个镜头的闪烁体的最佳匹配厚度,并利用上海光源成像线站(BL13W1)配备的PCO2000探测器以及不同厚度的YAG闪烁体进行了实验验证,经过对实验结果的图像衬度进行分析,获得了探测器各个物镜镜头的最佳匹配闪烁体厚度,实验结果与理论预测值基本相符,这将为上海光源成像线站基于透镜耦合的X射线成像探测器的高效使用提供指导。

基于X线同步辐射吸收CT和X线相衬CT牙周炎大鼠模型离体上颌骨成像

目的比较大鼠离体上颌骨X线同步辐射吸收CT(ACCT)和X线相衬CT(PCCT)成像特点,观察PCCT技术评估牙周炎大鼠模型的价值。方法将6只雄性SD大鼠随机分为牙周炎组(n=3)和正常组(n=3);对牙周炎组采用“丝线结扎+高糖饲养”法构建模型,并以10%高糖黏性饲料喂养8周,正常组予常规饲养。8周后取2组大鼠右上颌骨行ACCT和PCCT,分析其特点,并重建上颌骨3D图像,测量并比较2组大鼠釉牙骨质界到牙槽嵴顶的距离(CEJ-ABC)。结果ACCT图像无法清晰完整显示牙髓,难以分辨牙周膜软组织;PCCT图像组织对比度佳,能清晰展现上颌骨软、硬组织的微观结构,且基于PCCT重构3D图像质量优于ACCT。相比正常组,牙周炎组CEJ-ABC明显增大(Z=-9.43,P<0.01)。结论利用PCCT进行大鼠上颌骨软硬组织成像较ACCT更具优势,对评估牙周炎大鼠模型上颌骨具有重要价值。

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X射线相衬显微断层成像的真皮纤维架构表征

越来越多的研究表明,皮肤中的组织液可以沿纤维轨道长程流动。这种以纤维丝为轨道的液体流动与真皮层和皮下组织层的纤维骨架有关,而其中的三维纤维骨架结构尚未得到表征。利用上海同步辐射光源BL13W1线站的X射线相衬显微断层成像技术,得到了真皮层和皮下组织层内部的三维纤维骨架结构,结合计算机图形处理技术,成功表征了人体皮肤中的三维纤维骨架结构,发现真皮层中的纤维骨架具有长程有序且与真皮深度紧密联系的分布特征。为理解皮肤中组织液的长程流动现象提供了一种高分辨率的表征方法。