本文關(guān)鍵詞：X射線相位襯度成像技術(shù)與方法研究

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【摘要】：在硬X射線波段,低原子序數(shù)的元素相移截面比吸收截面大至少兩個(gè)數(shù)量級(jí),因此利用相襯成像機(jī)制對(duì)軟組織等輕元素組成的樣品成像有可能獲得更高的圖像襯度以及更高的探測(cè)靈敏度。對(duì)于弱吸收樣品,相比傳統(tǒng)的X射線吸收襯度成像,相位襯度具有更高的靈敏度,可以更好的反映物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。因此,這種新的成像方法在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。隨著X射線成像技術(shù)的不斷發(fā)展,X射線相位襯度成像作為一種新的成像手段得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,涌現(xiàn)了許多成像方法。大體可以分為以下三類:第一種是基于干涉的成像,其中相移被轉(zhuǎn)換成干涉強(qiáng)度。荷蘭物理學(xué)家Zernike于1934年發(fā)明的相襯顯微鏡以及基于晶體干涉儀的成像方法可以歸于這類方法;第二種是基于角度濾波的成像,其中相移的一階導(dǎo)數(shù)被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度。波蘭物理學(xué)家Nomarski于1952年發(fā)明的微分干涉對(duì)比顯微鏡、衍射增強(qiáng)成像、基于光柵的成像和基于散斑的成像可歸于此方法。基于角度濾波的成像通常被稱為微分相襯成像;第三種是基于相位傳播的成像,其中相位的二階導(dǎo)數(shù)被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度�；谙辔粋鞑サ某上窈碗x焦顯微鏡可歸于此方法。X射線澤尼克相襯顯微鏡技術(shù)是在全場(chǎng)透射X射線顯微鏡(TXM)中引入相移環(huán),相移環(huán)位于物鏡波帶片后焦面使樣品直通光產(chǎn)生π/2或3π/2的相移,進(jìn)而與樣品衍射光在探測(cè)器上發(fā)生干涉將相位信息轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度信息被探測(cè)器探測(cè)到。X射線澤尼克相襯顯微成像技術(shù)直接將相位信息轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度信息,有很高的靈敏度,而且利用X射線全場(chǎng)透射顯微鏡高強(qiáng)的分辨本領(lǐng),是一種高分辨率高襯度的成像方法。因此其在細(xì)胞,生物組織以及有機(jī)材料成像中有著廣泛的應(yīng)用。在X射線投影成像領(lǐng)域,X射線泰保-勞(Talbot-Lau)光柵干涉儀的引入,使X射線相位襯度成像技術(shù)從同步輻射光源擴(kuò)展到了常規(guī)光源,這一方法可以同時(shí)獲得衰減、相襯和散射三種信息,但是這一技術(shù)對(duì)相干性有著較高的需求,要求光柵周期小,而X射線能量高要求光柵刻線足夠高來(lái)滿足一定得衍射效率。這種大高寬比的光柵制作困難,而且難以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、高能量成像。基于投影條紋的X射線光柵相襯成像方法對(duì)相干性要求低,光柵周期變大后可以降低光柵的制造難度,有望獲得更大的成像視場(chǎng)以及更高的成像能量。本論文主要內(nèi)容概括如下:搭建原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái),介紹實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)節(jié)流程,介紹實(shí)驗(yàn)操作流程。討論數(shù)據(jù)采集和處理方法,并利用Matlab-GUI編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理軟件。分析影響合肥實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成像質(zhì)量的因素:光源強(qiáng)度的漂移,會(huì)影響位移曲線,進(jìn)而影響信息分離的結(jié)果;機(jī)械系統(tǒng)的不穩(wěn)定,會(huì)造成光柵之間的漂移,進(jìn)而導(dǎo)致CT重建圖像中出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)型偽影。對(duì)此,完成了對(duì)光源漂移的校正,提出了圖像匹配的方法,來(lái)找到與樣品圖像同一位置的背景圖像,提高成像質(zhì)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可行性,證明了成像方法的正確性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,討論實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的成像性能,分析影響裝置靈敏度的因素,為以后的實(shí)驗(yàn)和裝置的優(yōu)化升級(jí)提供支持。討論了一種利用X射線澤尼克相位襯度成像技術(shù)來(lái)進(jìn)行元素分辨的方法。與常規(guī)吸收襯度的元素分辨方法相同,該方法利用金屬元素X射線復(fù)折射率的實(shí)部減小量在吸收邊附近的突變,應(yīng)用X射線澤尼克相襯成像技術(shù)在目標(biāo)元素的吸收邊前后對(duì)樣品分別成像,然后對(duì)得到的兩張圖像相減,即可得到目標(biāo)元素的分布。通過(guò)對(duì)該方法的數(shù)值模擬,證明了方法的正確性。分析入射光子數(shù)與圖像信噪比的關(guān)系,經(jīng)過(guò)比較,得出X射線澤尼克相襯元素分辨方法比傳統(tǒng)的吸收襯度元素分辨方法有更高的光子利用率。本文的主要內(nèi)容包含以下六個(gè)部分:1.概述X射線相位襯度成像技術(shù);2.詳細(xì)介紹合肥實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制;3.詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和校正的方法;4.分析影響成像質(zhì)量的因素;5.討論利用澤尼克相襯成像的X射線元素分辨方法;6.最后對(duì)本文進(jìn)行總結(jié)和展望。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O434.19;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 雷耀虎;劉鑫;郭金川;趙志剛;牛憨笨;;Development of x-ray scintillator functioning also as an analyser grating used in grating-based x-ray differential phase contrast imaging[J];Chinese Physics B;2011年04期

2 劉鑫;郭金川;牛憨笨;;A new method of detecting interferogram in differential phase-contrast imaging system based on special structured x-ray scintillator screen[J];Chinese Physics B;2010年07期

3 朱佩平;吳自玉;;X射線相位襯度成像[J];物理;2007年06期

4 張興寧,陳稷,周澤魁;太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2005年07期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王圣浩;X射線光柵相位襯度成像技術(shù)和方法研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 吳朝;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];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：1264351