【摘要】：X射線成像模式主要有吸收襯度成像與相位襯度成像兩種。相比吸收成像,人體組織、器官等輕元素物質(zhì)對相移的變化更加敏感,因而通過相襯成像可獲得更好的成像質(zhì)量。相襯成像方法主要有干涉儀法、衍射增強法、光柵相襯成像法和同軸法等,前三種都需要復雜的光路設(shè)計,成本高,成像時間長,難以推廣,而微焦點同軸法相襯成像具有光路簡單,成本較低,可采用多色光源成像及成像面積大等優(yōu)點,是最可能率先取得廣泛應(yīng)用的相襯成像方法。目前國內(nèi)外對X射線同軸相襯成像的研究大都基于同步輻射光源,針對微焦點源的同軸相襯成像研究特別是相位恢復算法研究相對不足。因此本文重點開展微焦點源同軸相襯成像的數(shù)值模擬和實驗驗證研究工作。首先,本文對理想點源的同軸相襯成像特點開展了研究,介紹理想點源成像下同軸法相襯成像的簡化模型,利用模擬數(shù)據(jù)驗證了X射線同軸相襯成像結(jié)果與物面相移的拉普拉斯變換成正相關(guān)的結(jié)論。此外,從頻率域下理想點源成像系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)制函數(shù)出發(fā),討論系統(tǒng)有效成像距離對相位襯度的影響,仿真實驗結(jié)果表明,成像襯度隨系統(tǒng)有效成像距離的增加而增強。在分析理想點源相襯傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上,通過近場與遠場成像分析了源到探測器的距離,射線能量對同軸相襯成像分辨率的影響,仿真實驗結(jié)果表明,增加源到探測器的距離及提高射線能量可以提高相襯成像分辨率。其次,考慮了實際同軸相襯的成像條件,將焦點尺寸引入到了理想點源同軸相襯成像系統(tǒng)中,推導了結(jié)合焦點尺寸的系統(tǒng)整體相襯傳遞函數(shù)模型,得到該模型的本質(zhì)是對理想點源相襯傳遞函數(shù)增加了光源強度分布函數(shù)調(diào)制�；诖四Ｐ�,本文研究了在固定系統(tǒng)成像距離條件下,不同焦點尺寸對成像襯度的影響,實驗數(shù)據(jù)表明,焦點尺寸越小,成像襯度越高。此外,本文還研究了不同焦點大小的成像條件下,調(diào)節(jié)系統(tǒng)成像距離對成像襯度的影響,實驗結(jié)果表明適當增加物體到探測器的距離,以及在放大倍數(shù)不變的情況下,增加射線源到物體成像距離均可以提高成像襯度,且焦點尺寸越小,上述成像條件下的成像襯度提高越明顯。最后,考慮到相襯成像中一般都混合了吸收和相位信息,相互影響會造成相襯成像質(zhì)量的退化,因此本文開展了微焦點源相襯成像相位恢復算法的研究。首先介紹了強度傳遞方程相位恢復算法(TIE)及傳統(tǒng)GS迭代算法的實現(xiàn)原理,并利用多重網(wǎng)格算法對TIE算法進行優(yōu)化,引入多平面及梯度下降法對GS算法進行改進,實驗數(shù)據(jù)證明本文提出的改進算法提高了傳統(tǒng)算法的收斂速度及恢復精度。此外,針對GS與TIE算法分別適用于遠場與近場的相位恢復特點,本文提出一種GS-TIE結(jié)合優(yōu)化算法,以TIE算法的計算結(jié)果作為GS算法的迭代初值,實驗結(jié)果表明該優(yōu)化算法對近場與遠場成像的相位恢復均有不錯的精度表現(xiàn)。最后對實際數(shù)據(jù)進行了相位恢復實驗,初步驗證了本文提出的改進算法相較傳統(tǒng)算法在相位恢復速度及精度上的優(yōu)勢。
【圖文】：

襯度成像構(gòu)成了 X 線成像的主要有兩種模式素材料構(gòu)成的物質(zhì)，吸收成像能夠得到很好的圖等輕元素材料組成的物質(zhì)，如醫(yī)學成像中的乳收成像襯度很差，分辨率低，無法滿足診斷的同能量的 X 射線不同組織下的吸收及相位變化組織，他們的吸收因子 的變化不大，但其相位0 倍以上[6]。比如對于乳腺浸潤性導管癌，人們間時，腫瘤組織的 大約在 610 到810 之間，以看出，對于軟組織而言，X 射線的相位襯度

圖 1.2 （a）小羊肝臟 X 射線吸收襯度成像（b）小羊肝臟 X 射線相位襯度成像相位襯度成像因?qū)p元素物質(zhì)成像有優(yōu)勢而得到廣泛關(guān)注，，是近年來 X 射線成像領(lǐng)域里最具前景的研究方向之一。但由于目前大部分的相襯成像方法仍需要復雜的光路設(shè)計，高品質(zhì)射線，復雜的光學算法等，難于推廣，因此多數(shù)研究成果仍處于實驗室階段。光路簡單、較低成本、易于推廣應(yīng)用的實際系統(tǒng)將是相襯成像進一步深入研究的目標。1.2 X 射線相襯成像方法研究情況微焦點光源或者同步輻射源是 X 射線相襯成像研究中常用的光源。由于常用的探測器都是強度積分探測器，只能夠記錄探測到的強度分布，因此不能直接測量其相移分布，需要特別的成像方法和儀器來測量 X 射線穿過物體后的相移信息。根據(jù)獲得相移信息的原理可將 X 射線相襯成像方法分為干涉儀法（Interferometry）、衍射增強法（DEI）、同軸法（In-line Phase Contrast）和光柵法（Grating）相襯成像。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;R814

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 曹宇東;李澤仁;;臺階模糊邊的X射線同軸相襯成像參數(shù)優(yōu)化[J];光電工程;2010年03期

2 朱佩平;吳自玉;;X射線相位襯度成像[J];物理;2007年06期

3 朱佩平;袁清習;黃萬霞;王[鐫

本文編號：2706537