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基于幾何投影的X射線相位襯度CT裝置成像性能研究

發(fā)布時(shí)間:2021-01-04 04:58
  自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來,X射線就被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療診斷、無損檢測(cè)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)X射線吸收成像方法對(duì)于弱吸收物質(zhì),如主要由輕元素組成的生物軟組織,無法進(jìn)行高質(zhì)量成像。不同于傳統(tǒng)基于吸收襯度機(jī)制的X射線成像,相位襯度成像方法通過探測(cè)物質(zhì)對(duì)X射線的相移來進(jìn)行成像。物體在X射線波段的折射率通常用復(fù)數(shù)表示,其實(shí)部減小量反映相移信息,虛部反映吸收信息。在硬X射線波段,軟組織的折射率實(shí)部減小量是虛部的幾百到幾千倍,理論上相襯圖像比吸收?qǐng)D像有著更高的靈敏度,因此相襯成像對(duì)弱吸收物質(zhì)能提供較好的成像對(duì)比度。近二十年來,X射線相襯成像技術(shù)得到了快速發(fā)展,其中的光柵相襯成像引起了越來越多的關(guān)注。與其它的相襯成像方法相比,光柵相襯成像能夠使用大功率的常規(guī)X光管作為光源,并且有較大的成像視場(chǎng),因此被普遍認(rèn)為是極有可能應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的成像方法。本文圍繞光柵相襯成像,討論了信息分離和計(jì)算機(jī)斷層重建算法;介紹了國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室搭建的相襯CT裝置,并發(fā)展了一種光柵光學(xué)檢測(cè)方法;分析了成像系統(tǒng)中光學(xué)器件對(duì)成像性能的影響。本文開展的主要工作包括:1.討論了相襯CT成像中的信息分離和重建算法,在正反投影(RP)方法的... 

【文章來源】:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】:139 頁

【學(xué)位級(jí)別】:博士

【部分圖文】:

基于幾何投影的X射線相位襯度CT裝置成像性能研究


圖1.1?x射線的吸收和相移??

示意圖,吸收因子,相位,因子


?第1章緒論???10*5|?>?'?'?;??1〇-7[?|^ ̄pc?,??C?—PN??i?一?:。i??10-4?■"■*??■??5n?,??I?卜‘….50丨?i??10'10?[??1〇*11?^?1?1?1???10?15?20?25?30??Energy?(keV)??圖1.2碳、氮、氧元素的吸收因子#和相位因子(5的比較(數(shù)據(jù)來自于科學(xué)軟件xop2.3??http://www.?esr?f.?fr/I?nstruni?cntat?ion/so?ft?ware/data?-ana?1?vs?i?s/xop2.3)??由于探測(cè)器只能探測(cè)X射線的光強(qiáng)信息,無法直接測(cè)量相位信息。因此,需??要把X射線的相移信息轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)信息,才能實(shí)現(xiàn)相襯成像。自上世紀(jì)六十年??代中期開始,經(jīng)過科研人員五十多年的潛心研宄,發(fā)展出了多種X射線相襯成??像方法。按照基本成像原理以及成像裝置的不同,可以將目前主要的相襯成像方??法分為六種晶體千涉法衍射增強(qiáng)法[m3];同軸法又稱為基于自由空間??傳播成像法光柵相襯成像方法散斑成像[2?22]以及多色遠(yuǎn)場(chǎng)干涉儀[23-??27L圖1.3是以上六種相襯成像方法的原理示意圖。??晶體干涉法最早是由美國(guó)科學(xué)家Bonse和Hart[1()]于上世紀(jì)六十年代提出,??一束單射光經(jīng)過分束晶體后被分為兩束光線,一束光經(jīng)過物體,一束光不經(jīng)過物??體,它們之間會(huì)形成干涉條紋,該方法通過測(cè)量干涉條紋的偏移量,就可以直接??獲得物體引起的X射線的相位變化。1996年,日本科學(xué)家M〇m〇Se[n味j用晶體??千涉儀實(shí)現(xiàn)了三維斷層成像,成功區(qū)分出了

散斑圖,成像,自由傳播,散斑


"生好、單色性高[7],因此只能在同步輻射裝置上進(jìn)行。???(a)晶體干涉儀成像?(的衍射增強(qiáng)成像??I?|?麵器??樣禮??I?x-ray?/?々覆??i?b??分束晶體透肖晶體』撕Ba¥?I???分束晶體???(c)同軸相襯成像?(d>光柵相襯成像??if"*—.氣—.Jf3?-?.ii?馨_?'??探測(cè)器在不同的位置采集數(shù)據(jù)?分束光棚分析光柵??(e)散斑相襯成像?(f)多色遠(yuǎn)場(chǎng)相襯成像??樣品?r?^???^??相位光柵???圖1.3X射線相襯成像方法:U)晶體干涉法;(b)衍射增強(qiáng)法;(c)自由傳播法;(d)光??柵相襯成像法;(e)散斑成像;(f)多色遠(yuǎn)場(chǎng)干涉儀成像法。??同軸相襯成像法,又稱為基于自由空間傳播的相襯成像方法[28],是科學(xué)家??SnigireV[14^上世紀(jì)九十年代提出。如圖1.3(c)所示,該方法只需要光源和探測(cè)??器,不需要額外的光學(xué)元件。在光路中,X射線穿過物體后,波前會(huì)被物體調(diào)制??然后發(fā)生自身干涉,在自由空間中傳播一定距離后到達(dá)探測(cè)器平面,探測(cè)器上接??收到的光強(qiáng)與樣品相移的二階導(dǎo)數(shù)成正比。該成像方法光路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高,??但是該方法對(duì)光源的相干性有著很高的要求,因此只能利用同步輻射光源或者微??焦點(diǎn)X射線光源。??光柵相襯成像方法是由David[16]和Momose[17]首先實(shí)現(xiàn),他們分別于2002年??和2003年實(shí)現(xiàn)了基于光柵的X射線相襯成像技術(shù)。成像裝置主要包括光源、兩??塊光柵以及探測(cè)器,如圖1.3(d)所示。光源發(fā)出的X射線,經(jīng)過G1分束光柵后,??會(huì)在特定位置上產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)光路中存在物體時(shí),這些干涉條紋會(huì)發(fā)生

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]硬X射線衍射增強(qiáng)峰位成像CT的幾何失真糾正方法[J]. 孫怡,朱佩平,劉明賀,于健.  CT理論與應(yīng)用研究. 2006(02)

博士論文
[1]X射線微結(jié)構(gòu)陣列光源光柵相襯成像系統(tǒng)研究[D]. 昝貴彬.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]軟X射線細(xì)胞CT成像重構(gòu)方法及細(xì)胞器識(shí)別研究[D]. 劉健宏.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[3]大尺寸大高寬比X射線吸收光柵的制作工藝研究[D]. 侯雙月.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[4]X射線光柵相位襯度成像實(shí)驗(yàn)技術(shù)和應(yīng)用研究[D]. 胡仁芳.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[5]角度受限下納米CT圖像處理及三維重構(gòu)算法研究[D]. 梁知挺.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[6]X射線微分相位襯度成像及CT的理論和方法研究[D]. 鮑園.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[7]X射線光柵相位襯度成像技術(shù)和方法研究[D]. 王圣浩.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[8]X射線光柵相襯成像中的信息分離以及計(jì)算機(jī)斷層重建[D]. 吳朝.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[9]全景航空相機(jī)動(dòng)態(tài)分辨率檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 白雪梅.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2009

碩士論文
[1]X射線光柵相襯成像系統(tǒng)數(shù)值仿真模擬研究[D]. 駱榮輝.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[2]X射線光柵相襯成像裝置光強(qiáng)漂移與斷層重建研究[D]. 張鵬飛.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016



本文編號(hào):2956196

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