【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(duì)相移的變化更加敏感,因而通過(guò)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(qiáng)法、光柵相襯成像法和同軸法等,前三種都需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì),成本高,成像時(shí)間長(zhǎng),難以推廣,而微焦點(diǎn)同軸法相襯成像具有光路簡(jiǎn)單,成本較低,可采用多色光源成像及成像面積大等優(yōu)點(diǎn),是最可能率先取得廣泛應(yīng)用的相襯成像方法。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)X射線同軸相襯成像的研究大都基于同步輻射光源,針對(duì)微焦點(diǎn)源的同軸相襯成像研究特別是相位恢復(fù)算法研究相對(duì)不足。因此本文重點(diǎn)開展微焦點(diǎn)源同軸相襯成像的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究工作。首先,本文對(duì)理想點(diǎn)源的同軸相襯成像特點(diǎn)開展了研究,介紹理想點(diǎn)源成像下同軸法相襯成像的簡(jiǎn)化模型,利用模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)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(diǎn)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(duì)相位襯度的影響,仿真實(shí)驗(yàn)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(qiáng)。在分析理想點(diǎn)源相襯傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)成像分析了源到探測(cè)器的距離,射線能量對(duì)同軸相襯成像分辨率的影響,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,增加源到探測(cè)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(shí)際同軸相襯的成像條件,將焦點(diǎn)尺寸引入到了理想點(diǎn)源同軸相襯成像系統(tǒng)中,推導(dǎo)了結(jié)合焦點(diǎn)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(duì)理想點(diǎn)源相襯傳遞函數(shù)增加了光源強(qiáng)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(diǎn)尺寸對(duì)成像襯度的影響,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,焦點(diǎn)尺寸越小,成像襯度越高。此外,本文還研究了不同焦點(diǎn)大小的成像條件下,調(diào)節(jié)系統(tǒng)成像距離對(duì)成像襯度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明適當(dāng)增加物體到探測(cè)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(diǎn)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(huì)造成相襯成像質(zhì)量的退化,因此本文開展了微焦點(diǎn)源相襯成像相位恢復(fù)算法的研究。首先介紹了強(qiáng)度傳遞方程相位恢復(fù)算法(TIE)及傳統(tǒng)GS迭代算法的實(shí)現(xiàn)原理,并利用多重網(wǎng)格算法對(duì)TIE算法進(jìn)行優(yōu)化,引入多平面及梯度下降法對(duì)GS算法進(jìn)行改進(jìn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明本文提出的改進(jìn)算法提高了傳統(tǒng)算法的收斂速度及恢復(fù)精度。此外,針對(duì)GS與TIE算法分別適用于遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的相位恢復(fù)特點(diǎn),本文提出一種GS-TIE結(jié)合優(yōu)化算法,以TIE算法的計(jì)算結(jié)果作為GS算法的迭代初值,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該優(yōu)化算法對(duì)近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)成像的相位恢復(fù)均有不錯(cuò)的精度表現(xiàn)。最后對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了相位恢復(fù)實(shí)驗(yàn),初步驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)算法相較傳統(tǒng)算法在相位恢復(fù)速度及精度上的優(yōu)勢(shì)。
【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(xué)成像中的乳收成像襯度很差，分辨率低，無(wú)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(duì)于乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌，人們間時(shí)，腫瘤組織的 大約在 610 到810 之間，以看出，對(duì)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(shì)而得到廣泛關(guān)注，，是近年來(lái) 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(fù)雜的光路設(shè)計(jì)，高品質(zhì)射線，復(fù)雜的光學(xué)算法等，難于推廣，因此多數(shù)研究成果仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。光路簡(jiǎn)單、較低成本、易于推廣應(yīng)用的實(shí)際系統(tǒng)將是相襯成像進(jìn)一步深入研究的目標(biāo)。1.2 X 射線相襯成像方法研究情況微焦點(diǎn)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(cè)器都是強(qiáng)度積分探測(cè)器，只能夠記錄探測(cè)到的強(qiáng)度分布，因此不能直接測(cè)量其相移分布，需要特別的成像方法和儀器來(lái)測(cè)量 X 射線穿過(guò)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(qiáng)法（DEI）、同軸法（In-line Phase Contrast）和光柵法（Grating）相襯成像。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;R814

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 曹宇東;李澤仁;;臺(tái)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(xí);黃萬(wàn)霞;王[鐫

本文編號(hào)：2706537