X射线衍射增强成像中吸收、折射以及散射衬度的计算层析

X射线相位衬度成像是一种新型的X射线成像技术,通过记录射线穿过物体后相位的改变对物体进行成像,可以提供比传统的X射线吸收成像更高的图像衬度以及空间分辨力。衍射增强成像方法(Diffraction enhancedimaging,DEI)是X射线相位衬度成像方法之一,利用一块放置在物体和探测器之间的分析晶体提取物体的吸收、折射以及散射信息并进行成像。将衍射增强成像方法与计算机断层成像技术(Computerized Tomography)进行结合,利用吸收、散射以及折射信息,分别采用滤波反投影以及雷登(Radon)变换,对昆虫样品——蜜蜂进行计算层析重建,获得了好于X射线吸收计算层析的重建结果,验证了衍射增强成像信息分离计算层析的优越性。     

光栅成像的锥束相位CT重建算法

X射线相位衬度成像对弱吸收物质有着独有的高密度分辨率,在医学、生物学、材料学等领域显示出良好的应用前景.但是其中的干涉成像法、衍射增强成像法和同轴成像法具有一定局限性,难以被广泛应用.光栅成像克服了以往相位衬度成像的缺陷,也使相位衬度成像向锥束成像发展成为可能.本文致力于锥束相位X射线计算机断层摄影术(CT)重建算法的研究,根据基于光栅的锥束相位成像的特点,利用吸收CT中FDK (Feldkamp-Davis-Kress)重建算法的思想,发展出适用于锥束相位成像的CT重建方法.该方法为滤波反投影类型,以相位一阶导数像为投影值,直接重建物体的相位项.通过仿真验证了算法的正确性.     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

X射线光栅相位成像的理论和方法

通过对X射线光栅相位衬度成像实验装置的理论分析,提出了光栅位移曲线的表达式,推导出了X射线光栅相位衬度成像方程.根据该成像方程,提出了基于光栅成像相位提取方法.这些理论结果将简化光栅相位衬度成像实验步骤,提高信息获取效率,并为X射线光栅相位衬度成像和计算机断层成像的结合,进一步提出光栅相位衬度CT的简化理论奠定基础. 关键词： X射线 相位衬度成像 光栅衍射 Talbot效应     

基于玻恩近似相位恢复的X射线显微CT实验研究

结合同轴X射线相位衬度成像(XPCI)中的Born近似相位恢复法和CT技术,实现了基于单一物像距同轴X射线相位衬度CT(IL-XPCT)投影图像的相位恢复切片重构方法。利用上海光源X射线成像及生物医学应用光束线站的单色光开展模型和生物样品(蝗虫)IL-XPCT研究。对比显示,进行相位恢复后,能获得更好的IL-XPCT重构切片和三维重建图像。实验结果表明,本方法具有用于生物活体样品三维无损成像研究的潜力。     

无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像 系统的理论分析, 利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术 研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏, 组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统. 在此系统上开展了生物样品的实验研究, 获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像. 从而试验验证了该系统方案设计的可行性, 为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.     

同步辐射硬x射线衍射增强成像新进展

对于相位衬度成像的实验方法研究及其在医学、材料等领域的应用研究已成为国际上研究的热点.衍射增强成像方法(DEI)作为其中的一种方法通过测量相位衬度的一阶导数而成像.在北京同步辐射装置(BSRF)4W1A束线上，对衍射增强成像方法进行了研究，并对一系列生物医学样品及材料样品成像，得到了非常清晰的相位衬度图像. 关键词： 衍射增强成像 同步辐射 硬x射线     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

代数迭代重建算法在折射衬度CT中的应用

X射线折射衬度CT是一种基于相位衬度的断层成像技术,特别适合对由轻元素组成的生物、医学样品进行成像,可以观察到常规吸收衬度CT无法观察到的软组织内部微细结构,是一种具有巨大发展潜力的新成像方法.迭代重建算法和解析重建算法是计算机断层成像技术中并行发展的两种算法,虽然已经提出了几种X射线折射衬度CT的解析重建算法,可是还未见X射线折射衬度CT迭代重建算法的报道.研究了代数迭代重建算法在X射线折射衬度CT中的应用,比较分析了不同的投影数据排列方式对于折射衬度CT重建图像的影响,并对实验数据进行了图像重建,获得了满意的CT图像.研究结果表明,在相位衬度CT中,迭代重建算法相对于解析重建算法而言,能减少投影次数,降低曝光剂量,减少对生物样品的辐射损伤,在生物样品成像和投影数据不完整的情况下具有明显的优势. 关键词： 衍射增强成像 代数迭代算法 CT重建 同步辐射     

X射线相位衬度成像

文章使用形象、生动、通俗、易懂的语言,介绍X射线相位衬度成像的基本概念,物理思想和方法,其中包括X射线的基本性质、光的波粒二象性、同步辐射X射线光源和常规非相干X射线光源的相位相干性,以及X射线相位衬度成像方法、三维成像的基本原理和相位衬度成像的最新进展,将抽象的相位、相位一阶导数和相位二阶导数概念与形象的光波阵面平移、倾斜和弯曲等形变联系在一起,着重介绍相位衬度成像发展中的创新思想,力图使读者能分享人类文明在这个学科发展中积累的精神财富.     

Optimization of the in-line X-ray phase-contrast imaging setup considering edge-contrast enhancement and spatial resolution

Employing the approximation theory based on refraction and the definition of the total point-spread-function of the imaging system, the variation in the edge contrast of simple model samples is discussed with different source-to-sample and sample-to-detector distances, which actually means different spatial resolutions of the imaging system. The experiments were carried out with the Beamline 4W1A imaging setup at the Beijing Synchrotron Radiation Facility for simple model and insect samples. The results show that to obtain clear phase-contrast images of biologic tissues for the X-ray in-line imaging setup, with determined parameters such as the size of the X-ray source, the pixel size of the detector and the fixed source-to-sample distance, there is a range of optimized sample-to-detector distances. The analysis method discussed in this article can be helpful in optimizing the setup of X-ray in-line phase-contrast imaging.     

采用吸收修正Bronnikov算法的有机复合样品的X射线显微计算机层析研究

有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性,采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量,能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布;验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性,能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用;单距的低辐射优势,尤其适用于生物医学样品三维无损成像。     

相移吸收二元性算法用于X射线混合衬度定量显微CT的可行性研究

本文采用相移吸收二元性(PAD)相位恢复算法来实现混合 衬度样品内部不同密度组分的定量成像, 采用数字模拟和实验研究验证该方法的可行性. 模拟结果表明, 对于三种不同材料其重构误差均小于1%, 且误差值随材料折射率的增大而减小. 利用上海光源X射线成像线站开展了实验研究, 结果表明用单距PAD相位恢复算法可获取样品的定量信息. 与模拟结果相比, 实验中的重构精度相对较低, 环状伪影可能是影响精度的主要原因. 模拟和实验研究过程中, 均只采用了一组单距投影数据. 可以认为, 相移吸收二元性算法可用于混合衬度样品的定量信息分析研究. 由于剂量相对较低, 应可适合于软组织和骨骼同时存在时生物医学样品的定量相衬CT研究.     

工业CT在工件检测中X射线硬化校正

X射线工业CT中,由于X射线能谱具有多色性,X射线在透射物质时,能量较低的射线优先被吸收,X射线能量越高,衰减系数越低。也即较高能量的X射线的衰减系数比较低能量的X射线的衰减系数小。射线随透射厚度增大,变得更易穿透,也就是发生了能谱硬化现象。由于射线硬化现象使图像重建时出现伪影,因此必须修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了在均匀物质中,X射线射束和与透射厚度的关系。并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,拟合出射束和与透射厚度的关系式。然后得出在同一透射厚度时,X射线射束和校正为单色等效射束和的关系及其等效方法。最终得出X射线等效单色射线的衰减系数的拟合值。再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线射束硬化的影响。     

同步辐射硬X射线衍射增强峰位成像CT研究

对于主要由轻元素组成的生物、医学样品,利用衍射增强成像技术可以观察到常规吸收成像无法观察到的内部微观结构,因而衍射增强成像具有较高的衬度和空间分辨率.选用苍蝇作为实验样品,在北京同步辐射装置上首次开展了衍射增强峰位成像CT实验.重建出的样品断层像显示其分辨率达到了几十μm水平.对于将衍射增强成像技术应用于生物和医学等领域具有重要意义.     

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。     

Quantitative quasi-local tomography using absorption and phase contrast

Possibilities are investigated for quantitative computed tomography (CT) reconstruction of the spatial distribution of refractive index in a region of interest (ROI) inside an object which is larger than the field of view. The analysis is presented for the case of conventional (absorption) CT, as well as diffraction (phase-contrast) CT. It is shown that in both cases an accurate reconstruction can be achieved using the projection data corresponding to rays passing through a sufficiently wide vicinity of a ROI. Our analysis also indicates that X-ray phase-contrast CT can typically be localized to smaller regions compared to absorption CT. In particular, quasi-local hard X-ray micro-CT of regions of the order of 100 μm or even smaller in size, appears feasible with the use of propagation-based phase contrast. Numerical and experimental tests confirm the possibility of accurate quantitative CT reconstruction from truncated projections.