探测系统γ能量响应标定技术

要对具有能谱分布的脉冲辐射场进行精密物理测量，就必须刻度出探测系统的γ能量响应。由于没有合适的系列单能γ辐射源，为此利用compton散射原理将强^60Co源释放出的γ射线转换为系列单能γ射线进行了探测系统γ能量响应的标定。     

散射环境下钨的质量吸收系数测量

CsI：T1晶体在辐射成像系统中的作用是非常重要的，利用CCD作为图像记录的X光探测系统的响应性能与其有密切的关系。为了得到响应关系的大致形式，在30MeV的射频加速器上，曾经用厚度为5，10，20mm的CsI：T1晶体作过研究，对于每一种厚度的CsI：T1晶体，响应还是线性的，但是彼此之间响应度的相对关系还是存在较大差异；由于^60Co放射源的特点，又专门设计了用^60Co放射源作为高能γ光子源来对系统的响应特性作定量研究，并且得到了在几乎没有散射影响下的响应关系，实验结果严格符合理论推导结论，     

闪烁体衰减常数对辐射源边界测量影响数值模拟

在辐射成像系统测量辐射源边界中,有闪烁体时间弥散效应得到的边界值与没有闪烁体时的真实边界值存在差别,影响辐射源尺寸变化计算。研究构建了一类辐射源强时间宽度、半径扩散速率与边界相对强度不同的辐射源,应用卷积和图像强度梯度法,对选用BC408,LaBr3和LSO闪烁体得到的边界与真实边界的偏差进行了数值模拟计算。结果表明,拍摄时间为20 ns时,由BC408闪烁体得到的边界值偏差最小;若偏差小于1 mm认为闪烁体适合测量,BC408,LaBr3和LSO测量的强度时间宽度最小值分别为33 ns,133 ns和266 ns; 拍摄全积分图像时偏差大小不受闪烁体不同的影响;最终得出的偏差计算公式较好地反映了真实偏差的变化趋势。     

考虑旋转中心标定误差的中子偏置计算机断层扫描成像方法

中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。     

一种用于中子散射成像的快速反投影重建方法

针对中子散射成像建立了一种快速反投影重建方法,这种方法首先根据每一个散射事件确定粒子可能所在的空间范围,然后该空间范围中进行重建,大大减少了重建的运行时间。应用所建立的方法对模拟的成像数据进行处理,结果表明:重建源与实际源的位向一致,对1000个散射数据进行处理,用时约3 s;对5探测单元成像得到的模拟数据处理,得到重建后点源的位向分辨为8.0°;重建源的位向分辨不随设定重建平面的位置而改变,但重建平面距探测平面越近,重建速度越快;当重建平面达到一定尺寸时,继续增加大重建平面尺寸,重建的运行时间增加不明显,该方法在大视场空间探测成像应用中,具有较高的重建效率。     

基于多通道时间分辨光学层析成像系统的差分图像重建

报道了基于32通道时间分辨光学层析成像系统的差分图像重建结果,实验采用两个光参数与生物组织体大致相同的圆柱型模拟体,分别用于模拟新生儿头部和成人手臂,重建结果表明;采用差分测量的方法很好地重建出异质体的位置．尺寸及吸收系数相对于背景的变化;模拟和实验重建验证了所发展的二维,半三维重建算法的可行性;使用平均飞行时间作为数据类型,32个探测通道测量,比用强度作为数据类型或16通道测量更为准确地分出了两个相距20mm的异质体。结果表明目前的系统可以定性地重建出异质体的位置,尺寸,吸收系数的变化,展示该光学层析成像技术将在监测诸如血液含氧量变化,组织体涉氧新陈代谢等生理过程中具有良好应用前景,也对该种成像方法存在的问题及进一步改进的措施进行了讨论。     

P波间期的心脏电流源重建及电活动磁成像

用超导量子干涉仪在人体胸腔表面测量的磁场数据重建心脏电流源及其成像,是一种无创获取心脏电活动信息的新技术.由于P波间期的心脏磁信号比R波峰值弱,信噪比较低,本文提出了一种可提高分布源空间谱估计强度对比度(IIC)的波束成形方法.该方法分两步:1)在空间滤波器的加权矩阵中引入导联场矩阵,使滤波器输出估计对磁场电流源及其分布比较敏感.通过求解逆问题,可以改进重建分布源强度的对比度; 2)通过设置源强度阈值,提取每个时刻重建源中偶极矩强度极大的电流源,消除其他位置上相对弱的伪源,可提高P波间期电流源重建的精度.文中采用理论分析与仿真试验,比较了IIC与3种其他电流源重建方法的性能.结果表明, IIC的单源空间谱估计的强度对比度较高,电流源重建精度相对较好.文中还分析了2个健康人的61通道心磁测量数据,以及他们P波间期的心脏电活动成像.与其他3种方法相比, IIC的电流源成像结果最优.能够显示健康人P波峰时刻心房的电活动较心室强. P波间期右心房除极时,心脏电活动具有方向特征.     

基于X光微点源的半影成像技术

基于X光微点源装置,从实验角度验证了半影成像的原理。利用针孔成像,直接测量了微点源源区图像;给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理,以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果。从实验结果可知:半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力,两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致;环孔成像的诊断能力更好,重建图像的尺寸和形状更接近源图像。     

中子半影成像的数值模拟

 半影成像具有灵敏度高的特点，该技术是未来惯性约束聚变（ICF）中子成像的主要技术路线。基于中子半影成像的基本要求，利用蒙特卡罗方法，采用偏移抽样法和面通量的体通量替代技巧，模拟中子在半影成像系统中的输运，得到2维图像，并通过图像重建程序得到重建的源区图像。利用模拟结果，对编码孔屏蔽材料的选择和外径设计进行了初步优化，最终选择5 cm厚的钨屏蔽材料，其编码孔外径为1 cm。     

高能X射线辐射成像的定量模拟与密度重建

利用蒙特卡罗方法得到的数值图像研究高能X射线辐射成像的密度重建,提出多能X射线源、多材料客体辐射成像的密度重建方法.这种方法不仅能够对包括光源能谱、角分布和尺寸在内的密度重建,而且具有显含质量吸收系数的优点.利用约束共轭梯度算法和变分正则化技术进行法国试验客体的密度重建.结果表明,该方法能够有效地进行高能X射线辐射成像的密度重建,成像光子的能谱效应对于精确的密度重建十分重要.     

编码源中子成像的可见光模拟

采用编码源能大大提高中子成像的中子注量率,同时保持较高的准直比。对改进的均匀冗余矩阵编码源中子成像进行了计算机模拟并利用可见光进行了实验,初步验证了编码源中子成像的可行性,并且探索了各种在非理想条件下成像对图像质量的影响并提出了解决方法。结果表明,编码源配合相关算法能够较好地重建图像,反解后的物体尺寸及分辨能力与单孔成像相当,同时缩短了曝光时间。若物体与理想成像面存在着位置或旋转偏差,则投影大小与探测器CCD像素、解码矩阵尺寸便不能对齐,但仍可以通过对图像背景噪声标准差的计算来后期修正图像,也可以利用此方法在实验前确定编码源成像系统中理想成像面的位置,以确保图像质量。     

用于光声层析成像的虚拟阵列探测及逆拉东变换

提出用固定孔径的换能器虚拟阵列探测器进行数据采集,该换能器只需对样品进行180扫描。实验中,使用调Q Nd: YAG激光器作为光源,激光器输出激光波长为532 nm,重复频率为10 Hz,脉宽为7 ns;使用非聚焦换能器进行光声信号探测,其接收面直径为6 mm,中心频率为2.25 MHz,接收到光声信号用逆拉东变换进行图像重建。以小白鼠的离体爪子作为成像对象,换能器由旋转电机控制并以2作为旋转步长进行180旋转扫描获取实验数据,运用逆拉东变换进行了图像重建。所重建的图像比较清晰地反映了爪子内部的骨骼分布。由此表明,逆拉东变换可以用于光声成像,并且实现了有限角度的光声成像。     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

基于CT算法的旋转多丝靶二维束剖面测量

介绍了一种用于低能电子束的基于CT算法的二维束剖面测量方法及其初步实验结果.该束剖面测量方法首先利用多丝靶进行旋转获得不同角度下的一维束剖面信息,然后采用CT算法对这些信息进行处理重建出二维束剖面.本文对该束剖面测量方法的原理进行了详细分析,并通过实验初步验证了该束剖面测量方法的可行性.     

Three-dimensional generalization of the Van Cittert-Zernike theorem to wave and particle scattering

Coherence properties of primary partially coherent radiations (light, X-rays and particles) elastically scattered from a 3D object consisting of a collection of electrons and nuclei are analyzed in the Fresnel diffraction region and in the far field. The behaviour of the cross-spectral density of the scattered radiation transverse and along to the local direction of propagation is shown to be described by respectively the 3D Fourier and Fresnel transform of the generalized radiance function of a scattering secondary source associated with the object. A relativistic correct expression is derived for the mutual coherence function of radiation which takes account of the dispersive propagation of particle beams in vacuum. An effect of the spatial coherence of radiation on the temporal one is found; in the Fresnel diffraction region, in distinction to the field, both the longitudinal spatial coherence and the spectral width of radiation affect the longitudinal coherence. A solution of the 3D inverse scattering problem for partially coherent radiation is presented. It is shown that squared modulus of the scattering potential and its 2D projections can be reconstructed from measurements of the modulus and phase of the degree of transverse spatial coherence of the scattered radiation. The results provide a theoretical basis for new methods of image formation and structure analysis in X-ray, electron, ion, and neutron optics.     

强度关联三维衍射层析的实验研究

提出了一种基于强度关联成像的新型三维衍射层析技术.利用强度关联成像技术(鬼成像)可实现无透镜傅里叶变换的特点,并结合衍射层析技术和二步相位恢复算法,使用波长为650 nm的赝热光实现了强度关联三维衍射层析.详细描述了强度关联三维衍射层析的基本原理以及具体实验结果,为在第三代同步辐射光源实现非相干X光衍射成像积累了经验.     

kHz激光与固体靶相互作用产生的X射线源

利用kHz激光与固体靶相互作用产生了平均流强为1.3×10⁷ photons·sr^-1·s^-1的X射线源, 研究了激光的对比度和能量对激光与固体靶相互作用产生的X射线能谱及K_α 产额的影响, 使用刀边成像技术测量了X射线源的源尺寸, 并进行了初步的成像实验. 实验中观察到对于非相对论级别的激光脉冲, 降低激光的对比度有利于提高K_α 产额, 而使用高对比度高强度激光, 更有利于获得高通量高信噪比X射线源. 关键词： kHz激光 固体靶 X射线     

脉冲辐射成像绝对测量方法研究

设计了一种高透过率、能量响应平坦的探测器, 利用该探测器将脉冲射线源图像与射线强度直接关联, 简化了图像诊断系统绝对测量的标定环节, 建立了脉冲辐射源图像诊断定量化的新技术方法. 实验表明, 由该方法得到的射线绝对强度的不确定度为33%. 关键词： 脉冲辐射成像 绝对测量 能量响应平坦     

Progressive EPR imaging with adaptive projection acquisition

Continuous wave electron paramagnetic resonance imaging (EPRI) of living biological systems requires rapid acquisition and visualization of free radical images. In the commonly used multiple-stage back-projection image reconstruction algorithm, the EPR image cannot be reconstructed until a complete set of projections is collected. If the data acquisition is incomplete, the previously acquired incomplete data set is no longer useful. In this work, a 3-dimensional progressive EPRI technique was implemented based on inverse Radon transform in which a 3-dimensional EPR image is acquired and reconstructed gradually from low resolution to high resolution. An adaptive data acquisition strategy is proposed to determine the significance of projections and acquire them in an order from the most significant to the least significant. The image acquisition can be terminated at any time if further collection of projections does not improve the image resolution distinctly, providing flexibility to trade image quality with imaging time. The progressive imaging technique was validated using computer simulations as well as imaging experiments. The adaptive acquisition uses 50-70% less projections as compared to the regular acquisition. In conclusion, adaptive data acquisition with progressive image reconstruction should be very useful for the accelerated acquisition and visualization of free radical distribution.     

Regularized optimization (RO) reconstruction for oximetric EPR imaging

A new algorithm for EPR imaging oximetry is described and tested with experimental data for the case of one spatial and one spectral dimension. A single species with variable linewidth is assumed. Instead of creating a 2D image, two one-dimensional profiles are reconstructed: the concentration of the radical and the corresponding oxygen concentration, which reduces the dimensionality of the problem. The algorithm (i) seeks to minimize the discrepancy between experimental data and projections calculated from the profiles and (ii) uses Tikhonov regularization to constrain the smoothness of the results. This approach controllably smoothes profiles rather than the data, while preserving sharp features.