衍射增强成像信息分离方法研究

衍射增强成像（DEI）是一种功能强大的相位衬度成像技术,对于软组织,它能获得比基于吸收的传统X射线成像技术更高的衬度.研究了一种基于DEI的信息分离方法,它能同时获得三种参数图像,即吸收像、折射像和小角散射像.信息分离利用解析方程求解,获得的参数图像质量取决于在三个不同的分析晶体角度处获得的DEI图像.利用矩阵条件数对方程求解的稳定性进行了讨论,推导出理论上的折射角和小角散射宽度的最大值.最后,利用豚鼠耳蜗DEI图像对研究结果进行了验证. 关键词： 信息分离 衍射增强成像 矩阵条件数 豚鼠耳蜗     

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。     

衍射增强成像原理

研究了衍射增强成像过程中X射线与样品和晶体的相互作用,重点分析了小角散射对衍射增强成像的影响,为衍射增强成像方程补充了小角散射噪声项,建立了更普遍的衍射增强成像方程.根据新的衍射增强成像方程,推导出峰位像和腰位像的吸收衬度,消光衬度和折射衬度的数学表达,并讨论了两种合成像(表观吸收像和折射像)的衬度问题. 关键词： 相位衬度成像 同步辐射 晶体衍射 X射线照相术     

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.     

乳腺组织的衍射增强成像

为了探讨X射线衍射增强成像(DEI)技术在乳腺癌早期诊断中的价值,利用北京同步辐射光源4W1A束线引出的硬X射线, 对大块的正常乳腺组织和癌变乳腺组织进行X射线衍射增强成像,并对DEI中获得的不同图像以及正常组织和癌变组织的DEI图像进行对照分析.结果显示: 在摇摆曲线顶部位置获得的图像(衍射图像)清晰度比较高,能够很好地反映出软组织中的结构. 表观吸收图像与传统的乳腺X光照片基本相似, 但分辨不同的软组织有一定的难度, 分辨的能力也不如衍射图像; 而折射图像能够很好地显示出正常乳腺组织和癌变乳腺组织中腺体的形状、大小、分布和结构上的差异. 因此, DEI技术在乳腺癌的诊断上有较高的价值, 可作为常规诊断手段的重要补充.     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况,详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬,类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理,讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素,并对位相成像的发展趋势作了展望。     

衍射增强成像中的折射角与边界可见度

X射线衍射增强成像技术可以精确得到样品内部结构的折射角信息, 对提高轻元素物质的成像衬度有着重要的意义. 本文对楔型和圆形两种模型样品进行了DEI实验的研究, 对3种不同能量的X射线均精确得到了样品的折射角信息, 与理论计算值吻合的很好. 利用边界可见度(Edge Visibility)对楔形样品进行了定量的分析. 结果表明, 对于特定折射角的界面, 能精确计算其最佳可见度的位置, 并与实验结果吻合的较好. 最后对一块实际医学肿瘤样品边界处的可见度进行了定量的研究, 讨论了获得最佳成像衬度的条件.     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况，详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬，类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理，讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素，并对位相成像的发展趋势作了展望。     

封面说明

近几年 ,X射线位相衬度成像技术引起国际上材料、生物、医学等领域的广泛关注 ,也是国际同步辐射装置上研究的热点之一 .该方法建立在X射线折射效应基础上 ,可用于以轻元素为基的材料内部结构的成像研究 ,弥补传统X射线吸收成像的不足 .其独特优势是 :空间分辨率在 μm量级 ,增强弱吸收特征衬度 ,具有对细胞成像能力 ;在硬X射线范围内 ,辐射剂量远小于吸收衬度成像 .它为材料科学、生物医学等领域提供了一个新的重要手段 .北京同步辐射装置 (BSRF)于 2 0 0 1年 6月在国内首次开展了该方面研究 ,发展了同步辐射相位衬度X射线照相术 (成像…     

衍射增强成像提取多种信息的简便方法研究

衍射增强相位衬度成像中的信息分离研究一直以来都是相关研究人员重点关注的方向之一. 本文在利用余弦函数拟合衍射增强成像中的摇摆曲线的基础上, 推导出了峰位像、左腰像和右腰像的余弦函数表达式以及吸收像、折射角像和散射角方差像的解析表达式, 形成了一种基于衍射增强成像的简便信息分离方法. 该方法只需利用摇摆曲线左腰、右腰和峰位三幅图像, 就能提取出样品的吸收、折射和散射信息, 具有方法简便、样品所受辐射剂量低等优点. 对模型样品和真实样品的实验结果表明, 本文所提方法可成功对样品进行信息分离, 并且所获得的信息分离结果可以和目前常用的多图统计方法(至少需要7张图像)获得的实验结果相比较. 关键词： 衍射增强成像 相位衬度成像 样品信息提取     

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.     

Improvement and error analysis of quantitative information extraction in diffraction-enhanced imaging

Diffraction-enhanced imaging （DEI） is a powerful phase-sensitive technique that provides higher spatial resolution and supercontrast of weakly absorbing objects than conventional radiography. It derives contrast from the X-ray absorption, refraction, and ultra-small-angle X-ray scattering （USAXS） properties of an object. The separation of different-contrast contributions from images is an important issue for the potential application of DEI. In this paper, an improved DEI （IDEI） method is proposed based on the Gaussian curve fitting of the rocking curve （RC）. Utilizing only three input images, the IDEI method can accurately separate the absorption, refraction, and USAXS contrasts produced by the object. The IDEI method can therefore be viewed as an improvement to the extended DEI （EDEI） method. In contrast, the IDEI method can circumvent the limitations of the EDEI method well since it does not impose a Taylor approximation on the RC. Additionally, analysis of the IDEI model errors is performed to further investigate the factors that lead to the image artifacts, and finally validation studies are conducted using computer simulation and synchrotron experimental data.     

应用电光调制干涉系统对甲烷气体浓度监测的研究

对甲烷气体浓度的监测应用领域很多,而目前绝大多数采用的是化学反应方法,存在安全性低、稳定性差等缺点,而采用光学干涉法定性定量分析稳定性高、抗干扰能力强。设计了电光调制的干涉系统进一步提高其探测精度。在干涉系统中,利用可变折射率晶体LiNbO₃的电光调制特性,对晶体折射率进行调制,增大静态光程扫描范围,提高光谱分辨率。系统对晶体两侧分别加载相位相反的调制信号,使其在不改变干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导折射率调制度与光程差的函数关系,仿真计算可知比同尺寸干涉系统光谱分辨率提高了近一个数量级。实验采用SGT-3型声光调制器,1 650 nm红外激光器对不同浓度的甲烷气体进行检测,实验结果显示,此方法比传统的热释电法精度好、稳定性高,更适合在矿井等复杂环境下应用。     

Hard-x-ray region tomographic reconstruction of the refractive-index gradient vector field: imaging principles and comparisons with diffraction-enhanced-imaging-based computed tomography

The unique tomographic imaging method based on refractive effects that was recently developed by Maksimenko et al. [Appl. Phys. Lett. 86, 124105 (2005)] exhibits an excellent imaging property in the hard-x-ray region for phase objects such as soft materials and biological samples. However, there seems to have been little consideration of the physical aspects of the underlying imaging principles. Also, as the method is similar to diffraction-enhanced-imaging (DEI)-based computed tomography (CT), the difference between these two methodologies has not been made clear. We theoretically consider the imaging principles starting from the measurement process to the reconstruction procedures from the viewpoint of geometrical optics and then clarify their difference in relationship to the physical quantities to be depicted. The major feature of this novel method is the in-plane two-dimensional vector-field reconstruction of the refractive-index gradient in an object, while DEI CT obtains the out-of-plane scalar-field gradient component. In other words, the novel method and DEI CT present the transverse and the longitudinal components, respectively, of the three-dimensional vector fields of the gradient refractive index. Therefore they can be considered complementary to each other.     

X-ray diffraction enhanced imaging study of intraocular tumors in human beings

Diffraction enhanced imaging(DEI) with edge enhancement is suitable for the observation of weakly absorbing objects.The potential ability of the DEI was explored for displaying the microanatomy and pathology of human eyeball in this work.The images of surgical specimens from malignant intraocular tumor of hospitalized patients were taken using the hard X-rays from the topography station of Beamline 4W1A at Beijing Synchrotron Radiation Facility(BSRF).The obtained radiographic images were analyzed in correlation with those of pathology.The results show that the anatomic and pathologic details of intraocular tumors in human beings can be observed clearly by DEI for the first time,with good visualization of the microscopic details of eyeball ring such as sclera,choroids and other details of intraocular organelles.And the best resolution of DEI images reaches up to the magnitude of several tens of μm.The results suggest that it is capable of exhibiting clearly the details of intraocular tumor using DEI method.