發(fā)布時(shí)間：2017-09-04 17:33

  本文關(guān)鍵詞：X射線微分相位襯度成像及CT的理論和方法研究

  更多相關(guān)文章： 光柵相襯成像 計(jì)算機(jī)斷層成像 信息提取方法 噪聲特性 空間分辨率

【摘要】：自上世紀(jì)九十年代以來,一系列X射線相位襯度成像方法相繼被提出,不同于傳統(tǒng)基于吸收襯度機(jī)制的X射線成像,這些新穎的成像方法通過檢測(cè)物體對(duì)X射線波前的調(diào)制獲得物體的內(nèi)部折射率信息。X射線波段,物體的折射率為復(fù)數(shù)形式,實(shí)部減小量(相移因子)反映相移信息,虛部(吸收因子)反映吸收信息。尤其是在硬X射線波段,軟組織的相位因子是吸收因子的成百上千倍,也就是說相襯圖像理論上有著更高的靈敏度,因此利用相移信號(hào)成像可以獲得更高的圖像質(zhì)量。經(jīng)過二十年的發(fā)展,目前X射線相襯成像形成了四種主流成像裝置,包括晶體干涉儀、衍射增強(qiáng)成像、光柵相襯成像和同軸相襯成像,其中部分裝置由于成像視場(chǎng)太小,以及較高的機(jī)械穩(wěn)定性和光源相干性要求,難以向臨床推廣。近年來,基于光柵的X射線微分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,光柵相襯成像方法主要有兩大顯著優(yōu)勢(shì)：較低的光源相干性要求以及較大的成像視場(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。本論文從角度信號(hào)成像理論出發(fā),討論了衍射增強(qiáng)成像和光柵相襯成像的信息分離問題：以及相位襯度和散射襯度結(jié)合計(jì)算機(jī)斷層重建(Computed Tomography, CT)的相關(guān)問題。相襯成像的投影同時(shí)包含吸收、折射和散射信號(hào),三種信號(hào)對(duì)應(yīng)物體不同的物理特性。為了獲取這三種物體特性的定量信息,涌現(xiàn)了大量的信息分離方法。目前光柵相襯成像方法中主要有五種信息分離方法：相位步進(jìn)方法、交錯(cuò)相步進(jìn)方法、莫爾條紋分析方法、共軛射線分析方法和能量分辨方法。這些方法中,有的方法產(chǎn)生的輻射劑量大、有的方法引起分辨率降低、有的方法不能提取散射信號(hào),針對(duì)這些問題,本論文發(fā)展了角度信號(hào)成像理論,并基于該理論提出余弦擬合方法,不僅可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)方法的效果,彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)大角度折射信號(hào)的低估問題,而且建立了衍射增強(qiáng)成像和光柵相襯成像之間密切的聯(lián)系,它們本質(zhì)上都是由角度準(zhǔn)直器和分析器組成的成像裝置，探測(cè)的物理量都是樣品相位分布的一階導(dǎo)數(shù),利用分析器的運(yùn)動(dòng)(分析晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)或分析光柵的平移)來選擇性接收入射到分析器上的光線,分析晶體的運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的角度,等價(jià)于樣品對(duì)X射線產(chǎn)生的折射角。在光柵相位CT(phase tomography)中,利用傳統(tǒng)的相位步進(jìn)方法分離信息時(shí),光柵平移運(yùn)動(dòng)與CT旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)交替進(jìn)行,降低了成像速度,增加了樣品受輻照時(shí)間。共軛射線分析方法是本研究組在2010年提出的一種快速低劑量成像方法,它巧妙利用照明幾何中互為正反投影圖像的共軛特性(即具有相同的吸收和相反的折射角)，只利用兩幅圖就可成功分離吸收和折射信息,一定程度上實(shí)現(xiàn)了快速、低劑量的相位CT成像。本論文將共軛射線分析方法與CT結(jié)合,分析了相位CT重建的相位因子的信噪比和空問分辨率之間的關(guān)系,闡述了光柵相位CT成像在高分辨率成像時(shí)比吸收CT成像具有更好的抗噪聲性能。在光柵相襯CT中,散射信息可以反映亞分辨率尺度上的結(jié)構(gòu)信息,提供了更加豐富的圖像細(xì)節(jié),與物體的吸收信息和折射信息形成有效的互補(bǔ)。本文利用光柵相襯CT成像重建出物體斷層的散射信息,分析了散射體的尺寸和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能量分別對(duì)重建的散射系數(shù)的影響,結(jié)果可以為區(qū)分具有相同吸收特性的材料提供幫助,從而拓寬了X射線光柵干涉儀在材料檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：光柵相襯成像 計(jì)算機(jī)斷層成像 信息提取方法 噪聲特性 空間分辨率
【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】：2016
【分類號(hào)】：O434.1;R814
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究意義12-14
• 1.2 研究背景及發(fā)展趨勢(shì)14-20
• 1.2.1 研究背景14-17
• 1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)17-20
• 1.3 論文研究思路和結(jié)構(gòu)安排20-24
• 第2章 X射線成像理論24-38
• 2.1 X射線與物質(zhì)的相互作用24-27
• 2.1.1 粒子性24-26
• 2.1.2 波動(dòng)性26-27
• 2.2 X射線吸收成像27-28
• 2.3 X射線相位襯度成像28-35
• 2.3.1 晶體干涉儀30-31
• 2.3.2 相位傳播技術(shù)31-32
• 2.3.3 衍射增強(qiáng)成像32-33
• 2.3.4 光柵干涉儀33-34
• 2.3.5 各種相襯成像技術(shù)的比較34-35
• 2.4 X射線散射成像35-38
• 第3章 X射線微分相位襯度成像38-56
• 3.1 衍射增強(qiáng)成像38-42
• 3.2 光柵相襯成像42-56
• 3.2.1 Talbot效應(yīng)42-43
• 3.2.2 Talbot干涉儀43-45
• 3.2.3 Lau效應(yīng)45-46
• 3.2.4 Talbot-Lau干涉儀46-50
• 3.2.5 非相干條件下的光柵相襯成像50-56
• 第4章 X射線微分相位襯度成像的信息分離方法56-78
• 4.1 衍射增強(qiáng)成像的信息分離56-65
• 4.1.1 Chapman幾何光學(xué)近似法57-58
• 4.1.2 Rigon的近似方法58-61
• 4.1.3 擴(kuò)展的衍射增強(qiáng)算法61
• 4.1.4 普適的衍射增強(qiáng)算法61-62
• 4.1.5 多圖法62-63
• 4.1.6 逐個(gè)像素的高斯曲線擬合方法63-65
• 4.2 光柵相襯成像的信息分離方法65-78
• 4.2.1 相位步進(jìn)方法65-72
• 4.2.2 交錯(cuò)相步進(jìn)方法72-73
• 4.2.3 莫爾條紋分析方法73-74
• 4.2.4 共軛射線方法74-76
• 4.2.5 能量分辨方法76-78
• 第5章 角度信號(hào)響應(yīng)成像理論及噪聲分析78-98
• 5.1 角度信號(hào)響應(yīng)模型78-82
• 5.2 基于角度信號(hào)響應(yīng)理論的信息提取算法82-89
• 5.2.1 衍射增強(qiáng)成像82-88
• 5.2.2 光柵相襯成像88-89
• 5.3 噪聲分析89-96
• 5.3.1 相關(guān)噪聲分析工作89-92
• 5.3.2 角度信號(hào)響應(yīng)理論的噪聲分析92-96
• 5.4 角度信號(hào)響應(yīng)理論的推廣96-98
• 第6章 X射線微分相位襯度成像與CT技術(shù)的結(jié)合98-118
• 6.1 吸收CT98-101
• 6.2 相位CT101-110
• 6.2.1 希爾伯特變換101-104
• 6.2.2 光柵相位CT的噪聲特性分析104-108
• 6.2.3 模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證108-110
• 6.3 散射CT110-115
• 6.4 幾個(gè)設(shè)想115-118
• 6.4.1 角度信號(hào)響應(yīng)理論結(jié)合階梯光柵115-116
• 6.4.2 將階梯光柵集成進(jìn)探測(cè)器116
• 6.4.3 階梯光柵結(jié)合螺旋CT116
• 6.4.4 電磁相步進(jìn)結(jié)合交錯(cuò)相步進(jìn)116-118
• 第7章 總結(jié)與展望118-122
• 參考文獻(xiàn)122-128
• 附錄128-138
• 致謝138-140
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果140

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 志水隆一,張人佶;磁襯度的高壓掃描電子顯微鏡觀測(cè)[J];物理;1982年12期

2 王書穎,張靜江,彭芳麟;光柵編碼實(shí)現(xiàn)圖象襯度反轉(zhuǎn)的理論分析[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1984年06期

3 姜曉明,黎剛,陳志華,唐勁天;X射線衍射增強(qiáng)成像中的折射襯度[J];高能物理與核物理;2004年12期

4 朱佩平;吳自玉;;X射線相位襯度成像[J];物理;2007年06期

5 孫晶華，孫秋華，崔三烈，，阮順齡;改善水下影象襯度方法的研究[J];光子學(xué)報(bào);1996年11期

6 束開俊,高利,林曉,高鴻鈞;Z襯度掃描透射電子顯微術(shù)的前沿進(jìn)展[J];物理;2003年09期

7 侯耀永;電鏡中相位襯度原理及對(duì)高聚物樣品襯度的改善[J];高分子材料科學(xué)與工程;1989年03期

8 藍(lán)芬蘭,廖乾初,王洪君,王云;電子通道顯微術(shù)觀察多晶位向襯度[J];金屬學(xué)報(bào);1983年06期

9 高維濱;新實(shí)驗(yàn)技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用講座——第八講 微分干涉襯度顯微鏡的原理與應(yīng)用[J];物理;1983年09期

10 高鴻奕,謝紅蘭,陳建文,李儒新,徐至展,田玉蓮,朱佩平,冼鼎昌;硬X射線相位襯度成像的實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)激光;2005年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李會(huì)民;丁澤軍;;結(jié)合體構(gòu)造的Monte Carlo方法模擬掃描電鏡成像襯度[A];第十三屆全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

2 朱佩平;;光柵微分相位襯度成像研究進(jìn)展[A];第十二屆中國(guó)體視學(xué)與圖像分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 朱佩平;袁清習(xí);王[鐫

本文編號(hào)：792889